To gdzie i kiedy wynaleziono szkło jest tajemnicą. Pewne jest jedno – kilka tysięcy lat temu ludzie zauważyli, że jeśli podgrzać piasek i popiół, można uzyskać twardy, półprzezroczysty materiał. Dlaczego akurat sypali piasek popiołem, tego nie wiadomo, ale wiemy, że wpadli na to stosunkowo dawno, bo w Syrii wytwarzano szkło już ok 5000 lat temu. Stamtąd ten wynalazek zawędrował szlakami handlowymi do Egiptu i Europy. „Praszkło” jednak zasadniczo różniło się od dzisiejszego, było matowe, nieprzejrzyste i nie miało wyraźnego koloru.

Pierwsze szklane wyroby

Najstarszymi wyrobami szklanymi, które odkopali archeologowie są drobne kulki i wisiorki, których prawdopodobnie Egipcjanie używali do ozdabiania swoich strojów. Najstarsze odnalezione naczynie pochodzi z 1500 r p.n.e.

Egipcjanie nie tylko produkowali kulki i szklane wisiorki, prawdopodobnie też jako pierwsi z dmuchanego, roztopionego szkła zaczęli wykonywać naczynia. To im jako pierwszym znudziło się szkło jednobarwne, dlatego odkryli umiejętność jego barwienia. Szkło kolorowe powstawało poprzez wzbogacanie topionych surowców o niewielkie ilości miedzi – co nadawało mu czerwony odcień.

Gdy nastał rok 200 p.n.e. umiejętność formowania kształtu butelek i karafek dotarła w rejony Morza Śródziemnego.

Szklane Cesarstwo

Szkło podobne do dzisiejszego wyprodukowali dopiero Rzymianie, dzięki wzbogaceniu masy szklanej o rudę manganu. Pozwoliło to uzyskać większą przezroczystość i nadać szkłu bardziej luksusowy wygląd.

Rozwój szklarstwa w Europie rozpoczął się w IV w n.e. Specjalistami w produkowaniu szkła, luster i wyrobów szklanych byli mieszkańcy z terenów obecnych Włoch, Francji, Hiszpanii. Ważnym ośrodkiem szkolarskim była także Wenecja.

Mistrzowie wytwarzali nie tylko naczynia, ale także piękne lustra. Pilnie rozwijano technologie produkcji, nadając szkłu wyższą twardość i jeszcze większą przezroczystość. Tajniki procesu produkcji były pilnie strzeżone, ponieważ zapewniały producentom potężne dochody ze sprzedaży luksusowych wyrobów szklanych.

Rozwój szkła w Polsce

Polacy w czasach starożytnych nie wyprawiali uczt na wzór rzymski, toteż nie potrzebowali pięknych szklanych naczyń. Do najstarszych wyrobów szklanych, odnalezionych w Polsce, zaliczają się przedmioty odnalezione na wyspie Wolin – datowane na przełom X/XI wieku. Za pierwszy warsztat szklarski uznawany jest powstały między XII a XIII warsztat w Kruszwicy. Pierwsze zapiski o hutach szkła w Polsce pochodzą z XIV wieku i mówią o hucie zlokalizowanej gdzieś w Małopolsce.

Intensywny rozwój hutnictwa szkła w Polsce przypada dopiero na przełom XVIII i XIX w. To wtedy powstała m.in. Huta Szkła Zawiercie i wiele innych. Wiek XIX przyniósł wynalezienie metody odlewania szkła przy pomocy specjalnych, drewnianych form. Pozwoliło to na produkcję znacznie większej ilości szkła różnego asortymentu.

Wiek XX i początek XXI to kolejne odkrycia i usprawnienia procesu produkcji. Dzięki zastosowaniu nowych technologii i maszyn, możliwe było stopniowe zmniejszanie ilości surowców potrzebnych w procesie produkcji oraz wykorzystywanie stłuczki szklanej jako surowca, co w znacznym stopniu zmniejsza ilość odpadów powstałych w trakcie produkcji.

Oczywiście technologia, technologią, ale do produkcji najbardziej wartościowego szkła, tak samo jak w starożytnych warsztatach wciąż wykorzystuje się ludzkie ręczę. Szkło wytwarzane ręcznie może być prawdziwym dziełem sztuki, cenionym za niepowtarzalność i wzornictwo nieosiągalne w produkcji masowej

Produkcja szkła w pigułce 

Przebieg procesu produkcyjnego

Mieszanina surowców szklarskich (po uprzednim oczyszczeniu i rozdrobnieniu) umieszczona zostaje w piecu szklarskim, gdzie w temperaturze 1400-1500°C zachodzi wytapianie i klarowanie się masy szklanej. Następnie otrzymaną masę szklaną poddaje się stopniowemu ochładzaniu do temperatury, w której osiąga lepkość właściwą dla danej metody formowania.

Czynnikiem decydującym o postaci otrzymanego szkła jest prędkość jego stygnięcia:

• powolne stygnięcie powoduje uzyskanie szkła w postaci nieprzezroczystego kryształu;
• szybkie stygnięcie zapobiega krystalizacji, dzięki czemu szkło zachowuje przejrzystość.

Metody formowania wyrobów z masy szklanej:

• wydmuchiwanie automatyczne za pomocą sprężonego powietrza;
• dmuchanie z wykorzystaniem piszczeli;
• wyciąganie masy szklanej pionowe w górę;
• ciągnienie poziome po powierzchni roztopionego metalu;
• proces „szkła pływającego” – roztopiona masa szklana stygnie na warstwie ciekłej cyny, dzięki czemu powstaje gładka tafla szyby;
• wytłaczanie w prasach (produkcja wyrobów stołowych, szkła optycznego);
• walcowanie;
• rozwłóknianie masy szklanej – przeciskanie stopionej masy szklanej przez otwory o bardzo małej średnicy (produkcja włókna szklanego – światłowody, laminaty).

         Szklanki wytwarzane są ze szkła sodowo-wapniowego. Źródło: Wikipedia

Otrzymane wyroby poddaje się:

• odprężaniu – usunięciu naprężeń wewnętrznych przez ogrzanie do temperatury 500°C, a następnie stopniowe ochładzanie;
• wykańczaniu (np. obcinaniu zbędnych części);
• zdobieniu (np. rzeźbieniu);
• hartowaniu – procesowi polegającemu na podgrzewania szkła do temperatury ok. 650 °C i gwałtownym studzeniu sprężonym powietrzem; proces ten ma na celu zwiększenie wytrzymałości szkła; szkło hartowane charakteryzuje się wysoce krystaliczną strukturą, dzięki czemu w przypadku rozbicia rozpada się na małe kawałki o nieostrych krawędziach, stosowane jest głównie w budownictwie i w produkcji szyb samochodowych

Właściwości szkła.

Właściwości szkła:

• dobra przepuszczalność promieniowania widzialnego (ok. 90%);
• bezpostaciowość – brak uporządkowania struktury w przestrzeni (cecha właściwa cieczom);
• sztywność i kruchość (cechy właściwe ciałom stałym);
• stan szklisty, w którym występuje szkło jest stanem termodynamicznie nietrwałym;
• duża wytrzymałość na ściskanie, mała wytrzymałość na rozciąganie i zginanie;
• brak stałej temperatury topnienia;
• mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i stosunkowo niska przewodność cieplna (przeważająca większość szkieł);
• bardzo dobre właściwości elektroizolacyjne (w temp. pokojowej); jest dielektrykiem;
• odporność na wpływ czynników atmosferycznych;
• odporność na działanie kwasów (z wyjątkiem kwasu fluorowodorowego), znacznie mniejsza odporność na działanie zasad;

Rodzaje szkła

Rodzaje szkła:

• szkło kwarcowe (krzemionkowe) – szkło używane do wyrobu aparatury laboratoryjnej (duża odporność na zmiany temperatury i działanie kwasów);
• szkło borowo-krzemowe (borowo-krzemianowe) – służące do wyrobu szkła laboratoryjnego oraz sprzętu kuchennego (duża odporność na nagłe zmiany temperatury i działanie związków chemicznych);
• szkło wysokoglinowe – szkło twarde, charakteryzujące się dużą odpornością na działanie czynników chemicznych, używane do produkcji włókien szklanych oraz żaroodpornych naczyń kuchennych;
• szkło ołowiowe (kryształowe) – szkło używane do produkcji wyrobów dekoracyjnych;
• szkło optyczne – używane w optyce;
• szkło sodowe – najczęściej stosowane w życiu codziennym, używane do produkcji opakowań szklanych, szyb okiennych, szklanek.

Surowce do produkcji szkła.

Główne surowce używane do produkcji szkła:

• piasek kwarcowy (szklarski) – źródło krzemionki (SiO₂);
• boraks – źródło tlenku boru (B₂O₃);
• skalenie sodowo-potasowe – źródło tlenku glinu (Al₂O₃);
• surowce (np. soda) – źródło tlenków metali zasadowych (Na₂O, K₂O);
• wapienie – źródła tlenków wapnia (CaO), magnezu (MgO), ołowiu (PbO), cynku (ZnO).

 W produkcji wykorzystuje się również:

• surowce zawierające związki barwiące w celu otrzymania szkła barwnego:
  
  • tlenki miedzi (Cu₂O)  – barwa zielona lub niebieska,
  • tlenki żelaza – barwy od żółtej po niebieskozieloną,
  • związki złota – barwa czerwona,
  • związki manganu (VII) – barwa fioletowa;
• surowce zawierające związki odbarwiające, przyspieszające topienie lub przyspieszające klarowanie się masy szklanej.

Typowe szkło butelkowe (sodowo-wapniowe) składa się w 50% z piasku kwarcowego, czyli krzemionki (SiO₂), 16% stanowi węglan sodu (Na₂CO₃), 12% - węglan wapnia (CaCO₃), 18% stanowią potłuczone odpady szklane a pozostałe 4% - inne substancje (topniki, pigmenty).

Zastosowanie szkła.

Szkło Dziś I W Przyszłości

Szkło i wyroby ze szkła mają już obecnie i będą mieć w przyszłości duże znaczenie w wielu obszarach - nie tylko związanych z ich wpływem na środowisko naturalne i nasze zdrowie.

• Szkło staje się nośnikiem dla inteligentnych okien, fasad i luster oraz nowych źródeł światła OLED - np. interaktywnych przeszkleń, czy multimedialnych fasad budynków.
• Większa wytrzymałość. Obecnie bardzo duży nacisk kładzie się na zwiększanie wytrzymałości szkła różnych rodzajów. Osiągnięcia w tej dziedzinie mogą zaowocować m.in. upowszechnieniem bardzo cienkich i lekkich opakowań szklanych, lekkiego i wytrzymałego szkła dla budownictwa i do produkcji materiałów kompozytowych.
• Cieńsze i bardziej odporne szkło pomaga staje się coraz bardziej niezbędne w wielu produktach elektronicznych takich, jak ekrany smartfonów, technologie obrazowe, czy szklane głośniki doceniane przez koneserów dźwięku najlepszej jakości.
• Cienkie i wytrzymałe szkło budowlane może dać architektom zupełnie nowe możliwości w kształtowaniu budynków.
• Obszary zaawansowanych technologii których obecny stopień rozwoju byłby bardzo utrudniony bez szkła są m.in. badania kosmiczne, medycyna i telekomunikacja.

W polskich hutach szkła już dziś produkowane są wyroby o niekwestionowanych walorach ekologicznych.

• Opakowania szklane - bezpieczne dla naszego zdrowia i środowiska
• Nowoczesne okna i materiały izolacyjne pozwalają na ograniczenie emisji dwutlenku węgla związanej z eksploatacją budynków (ogrzewanie i klimatyzacja).
• Zastosowanie surowca recyklingowego - stłuczki szklanej w produkcji opakowań szklanych oraz nowoczesnych szyb i wełny szklanej przynosi znaczące efekty ekologiczne, w tym obniżenie emisji dwutlenku węgla, i ekonomiczne.

Głównym obszarem, w którym produkty ze szkła mogą przyczynić się do ochrony klimatu i redukcji emisji dwutlenku węgla w skali kraju jest ich wykorzystanie w budownictwie. W Polsce produkuje się wiele nowoczesnych produktów ze szkła płaskiego dla celów budowlanych:

• Wielofunkcyjne okna i szkło fasadowe pokryte nowoczesnymi powłokami wspomagającymi oszczędzanie energii,
• Zdrowa izolacja ścian i dachów (wełna szklana i mineralna),
• Szkło używane w panelach słonecznych,
• Materiały na łopatki turbin wiatrowych (włókna szklane),
• Lekkie materiały dla transportu (włókna szklane),
• Energooszczędne oświetlenie.

Narzędzia i urządzenie do obróbki szkła.

Narzędzia ręczne do obróbki szkła: 

          

               

                 

           

Operacje technologiczne w obróbce szkła:

 
 

NOTATKA Z LEKCJI:

PRZEPISZ DO ZESZYTU

Lekcja nr. 2,3

Temat: Poznajemy szkło. Rodzaje szkła i ich zastosowanie. 

Plan zajęć:

1. Historia szkła.
2. Jak powstaje szkło?
3. Cechy szkła.
4. Rodzaje szkła.
5. Zastosowanie szkła.
6. Narzędzia i urządzenie do obróbki szkła.