- Nguồn : Hiệp hội kính và thuỷ tinh Việt Nam – Tài liệu : Cẩm nang sử dụng kính trong xây dựng
- QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT SẢN XUẤT THỦY TINH
Thuật ngữ “glass” có nguồn gốc từ “glaza”, thuật ngữ tiếng Đức là “glesum” hay “glaesum”, thuật ngữ tiếng La tinh, có nghĩa là “hổ phách”. Đồ trang sức bằng thủy tinh mà người La Mã ưu thích gần giống như hổ phách và vì thế được đặt tên như vậy. Ngoài ra, người La Mã còn gọi thủy tinh là “vitrum”, có nguồn gốc từ thuật ngữ tiếng Pháp “vitre” – khung cửa sổ và “veree” – thủy tinh.
Cho đến nay người ta vẫn chưa xác định rõ thủy tinh được sản xuất sớm nhất ở đâu. Con người đã tình cờ phát hiện ra một loại tro khi nấy đồng hoặc nung gốm được dùng để tráng men trên gốm. Dựa theo các chứng tích khảo cổ học, vật liệu thủy tinh được tìm thấy ở vùng Lưỡng Hà với niên đại được xác định vào thế kỉ thứ V trước Công nguyên. Một số chứng tích khác từ đầu thế kỉ thứ IV trước CN được tìm thấy ở Ai Cập. Khi các ngôi mô của các Pharaon Ai Cập được mở ra, người ta tìm thấy các chuỗi hạt thủy tinh màu xanh sáng lấp lánh. Niên đại của chúng được xác định khoảng năm 3500 trước Công nguyên. Đây có thể được coi là thời điểm thủy tinh được con người sản xuất ra. Từ đó những kỹ thuật nấu thủy tinh được phát triển, và đến thế kỉ thứ II trước Công nguyên, một số vật dụng nhỏ bằng thủy tinh đã được sản xuất bằng cách sử dụng khuôn đúc. Kỹ thuật thủy tinh ở thời điểm này cho phép sản xuất ra những chiếc cốc và bình hoa nhỏ… Trong một thư viện của Vua Assyria (669 – 627 trước CN), người ta đã tìm thấy một tài liệu mô tả bài phối liệu của thủy tinh như sau: “ Hãy lấy 60 phần cát, 180 phần tro của thực vật biển và 5 phần đá phấn, bạn sẽ có thủy tinh”.
Khoảng năm 200 trước CN, người Syria đã phát minh ra kỹ thuật thổi thủy tinh bằng cách dùng một que sắt rỗng dài 1.5m để lấy thủy tinh từ khối thủy tinh nóng chảy. Nhờ lực thổi của mình, người thợ có thể tạo ra được các sản phẩm bình rỗng thành mỏng với nhiều hình dạng khác nhau.
Lần đầu tiên kính phẳng đã xuất hiện và được sử dụng như một loại vật liệu xây dựng tại các công trình ở thời đại La Mã. Kích thước của tấm kính xấp xỉ 300x500mm và dày từ khoảng 30 đến 60mm. Những tấm kính này được sản xuất bằng phương pháp đúc và kéo: hỗn hợp thủy tinh lỏng được đổ trên khuôn đúc rắc cát và sau đó được kéo căng ra bằng các móc sắt. Các mảnh vỡ của các tấm kính cửa sổ ở thời đại La Mã có màu xanh lá cây và không hoàn toàn trong suốt.
Nhờ người La Mã, kỹ thuật sản xuất thủy tinh đã được lan rộng tới các vùng ở Bắc dãy Alpes. Người t tìm thấy các bình, sừng rót rượu vào cốc bằng thủy tinh với niên đại sản xuất từ thời Trung Cổ. Trong thời kì Trung Cổ, việc sản xuất kính phẳng ngày càng phát triển, bằng chứng là các tấm kính xuất hiện ngày càng nhiều trong các công trình như nhà thờ và tu viện.
- QUÁ TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÔNG NGHỆ KÍNH PHẲNG
- Kính tấm sản xuất bằng kỹ thuật thổi thủy tinh
Hai kỹ thuật sản xuất kính tấm quan trọng nhất kể từ đầu thời kỳ Trung cổ đó là kỹ thuật thổi hình vương miện ( kỹ thuật “crown”) và kỹ thuật thổi hình trụ rỗng. Những kỹ thuật này vẫn là cơ sở để sản xuất kính tấm cho tới cuối thế kỉ XIX và đầu thế kỉ XX.
Vào thế kỉ thứ I trước Công nguyên, kỹ thuật sản xuất kính bằng phương pháp thổi hình trụ rỗng đã được được phát minh ra bởi những người thợi thổi thủy tinh Syria và đến thê skir thứ IV sau Công nguyên, người Syria tiếp tục phát minh ra phương pháp thổi vương miện.
Trong cả hai phương pháp sản xuất đó, người ra lấy thủy tinh nóng chảy ra khỏi lò bằng một ống sắt rỗng. Bằng phương pháp thổi, khối thủy tinh trở thành dạng cầu rỗng (“bong bóng” thủy tinh), sau đó tiếp tục được gia nhiệt để tạo hình.
Trong quy trình thổi hình trụ rỗng, khối thủy tinh dạng cầu rỗng được tiếp tục gia nhiệt nhằm tạo ra một hình trụ rỗng thàng mỏng, bằng cách thổi, lắc, lăn ở trên bàn. Tiếp theo, hình trụ rỗng bằng thủy tinh đó được cắt 2 đầu và xẻ dọc theo chiều dài bừng mũi thép tẩm ướt, trước khi được gia nhiệt trong lò nung và được uốn thành kính tấm. Kích thước của tấm kính được giới hạn bởi sức của người thổi kính. Người ta có thể thổi hình trụ rỗng có kích thước tối đa dài tới 2m và có đường kính tới 30mm.
Với quy trình thổi thủy tinh dạng vương miện, lỗ của “bong bóng” thủy tinh được nong rộng để tạo đường viền. Khối thủy tinh rỗng có hình dạng tương tự như chiếc vương miện này một lần nữa được gia nhiệt và được xoay quanh que thổi với vận tốc nhanh. Dưới tác động của quá trình gia nhiệt và quay, một tấm thủy tinh có dạng đĩa tròn được tạo thành. Sau đó, người thợ cắt tấm kính này thành những hình chữ nhật nhỏ, hình thoi hoặc hình lục giác, tùy thuộc vào chất lượng của đĩa thủy tinh.
Phương pháp thổi này vẫn còn được sử dụng cho tới cuối thế kỉ XIX, đặc biệt là vùng Normandy (Pháp) và tại Anh.
- Lịch sử phát triển công nghệ sản xuất kính phẳng
Giữa hế kỷ XV và XVII, thành phố Venice trở thành trung tâm của công nghiệp sản xuất các sản phẩm thủy tinh như bát, bình và gương.
Thế kỷ XVII là thế kỷ chứng kiến sự bùng nổ về sử dụng kính trong xây dựng. Ngoài nhà thờ và tu viện, kính tấm còn được sản xuất ra để phục vụ cho việc xây dựng các cung điện và các tòa nhà. NĂm 1687, Bernard Perot, người Pháp, đã sáng chế công nghệ đúc kính, với kích thước lên đến 1,20x2m.
Cho đến cuối thế kỉ thứ XVIII, dẫu đã có nhiều cải tiến về mặt công nghệ, kính cửa sổ vẫn là một loại vật liệu đắt đỏ, một phần là do cả hai mặt của tấm kính phải được đánh bóng để tạo độ trong suốt trước khi đưa vào sử dụng tại các công trình xây dựng.
Ngành sản xuất kính xây dựng đã có nhiều tiến bộ vượt bậc vào thế kỷ thứ XIX. Năm 1856, Friedrich Siemens đã sáng chế ra một phiên bản mới của lò nấu thủy tinh. Phiên bản mới này giúp giảm được một nửa nguyên liệu cần dùng, mang lại hiệu quả sản xuất cao và giảm giá thành sản phẩm.
Năm 1900, John H. Lubbers, một người Mỹ đã phát minh ra quy trình sản xuất kính tấm trong đó được sự kết hợp giữa thổi và kéo. Với quy trình này, người ta có thể sản xuất các trụ rỗng có độ dài 12m và đường kính 800mm. Tuy vậy, trong thế kỷ XIX, những bước tiến về mặt công nghệ vẫn chưa giúp sản xuất ra được kính phẳng có chất lượng cao.
Năm 1905, Emile Fourcault, người Bỉ đã sáng chế ra quy trình sản xuất kính phẳng thông qua kéo trực tiếp thủy tinh nóng chảy, còn được gọi là “Công nghệ kéo đứng có thuyền”.Trong quy trình này, thủy tinh được nóng chảy qua khe (môi) của một khối vật liệu chịu lửa (gọi là “thuyền kéo kính”), được giữ lại bằng kẹp sắt, được làm mát và được kéo theo phương pháp thẳng đứng. Tuy vậy, những tấm kính sản xuất theo công nghệ này xuất hiện những gợn sóng chạy ngang trên bề mặt.
Ở Mỹ, Irving Colburn đã sáng chế ra một công nghệ tương tự vào năm 1905 được gọi là quy trình Libbey – Owens, hay còn được gọi là “Công nghệ kéo đứng khôngthuyền” hoặc “công nghệ kéo quỳ”. Bằng phương pháp này, thủy tinh không được kéo qua môi thuyền như phương pháp Fourcault, mà dần dần được chuyển qua một con lăn bằng kim loại niken tới mặt phẳng ngang, được làm mát trong kênh làm mát trong kênh làm mát dài 60m và sau đó cắt theo kích thước.
Tấm kính thu được có kích thước khoảng 2.5m bề ngang và có độ dày nằm giữa khoảng 0,6 và 20mm. Độ dày cảu kính phụ thuộc vào vận tốc kéo: kéo nhanh hơn sẽ cho ra tấm kính mỏng hơn.
Được ứng dụng lần đầu tiên tại công ty Kính tấm Pittsburgh vào năm 1928, quy trình trên đã giúp rút ngắn đáng kể thời gian sản xuất và tạo nên sự bùng nổ trong ngành công nghiệp sản xuất kính.
Với các sáng chế trên, sản phẩm kính tấm đánh bóng dần trở nên lỗi thời do giá thành sản xuất cao.
Năm 1919, Max Bichoroux đã có một phát minh quan trọng trong lịch sử công nghệ sản xuất kính phẳng khi phát minh ra công nghệ sản xuất kính cán. Công nghệ sản xuất này tập hợp các công đoạn tạo thành một dây chuyền sản xuất liên tục: thủy tinh nóng chảy trong lò nung và chảy qua 2 quả cán được làm mát để tạo ra một băng kính mỏng. Băng kính này được cắt thành các tấm kính phẳng và được vận chuyển tới lò làm mát nhờ các con lăn. Với quy trình này, người ta có thể sản xuất các tấm kính có kích thước 3x6m. Quy trình sản xuất kính cán mang tên Max Bicheroux vẫn còn là tiên tiến nhất cho tới khi Alastair Pikington phát minh ra kỹ thuật kính nổi vào những năm thập niên 50. Ngày nay, công nghệ kính nổi vẫn là công nghệ sản xuất kính phẳng tiên tiến nhất.
Alastair Pikington, người Anh, đã phát minh ra công nghệ sản xuất kính nổi vào những năm 50. Sự ra đời của công nghệ này đã làm nên một cuộc cách mạng trong ngành công nghiệp sản xuất kính phẳng. Ngày nay, việc ứng dụng rộng rãi công nghệ kính nổi ở quy mô công nghiệp giúp chúng ta sản xuất được một khối lượng lớn kính phẳng chất lượng cao với độ dày từ 2 – 19mm.
Thông thường một dây chuyền sản xuất kính nổi, sau khi hỗn hợp các nguyên liệu thô được hóa lỏng trong lò nấu (nhiệt độ hóa lỏng khoảng 1550 độ C với kính soda – đá vôi- silicate), thủy tinh lỏng chảy ra từ các lò nấu nhờ tác dụng của trọng lực và đi qua một bể kim loại (thiếc) nóng chảy.
Khi thủy tinh lỏng đi ra khỏi lò nấu, nhiệt độ của nó trong khoảng 1100-1300 độ C. Do sức căng bề mặt cùng với độ nhớt của thủy tinh lỏng và thiếc nóng chảy, thủy tinh lỏng sẽ nổi lên trên bề mặt của bể thiếc và từ đó hình thành một băng kính trên bề mặt của bể.
Sau khi ra khỏi bể thiếc, băng kính, có nhiệt độ khoảng 600 độ C, tiếp tục được di chuyển qua các con lăn đến lò ủ.
Tại lò ủ, băng kính được làm nguội dần theo một quy trình được kiểm soát kỹ lưỡng nhằm loại bỏ tối đa ứng suất dư trong kính, cho đến khi băng kính đạt đến nhiệt độ khoảng 50 độ C. Sau đó, băng kính được cắt thành các tấm kính phẳng. Hiện nay, trong dây huyền sản xuất kính nổi, người ta bố trí một máy cắt tự động ở công đoạn này để cắt dọc mép băng kính và cắt ngang qua chiều rộng của băng chuyền, có thể tạo thành các tấm kính thành phẩm với kích cỡ phù hợp cho việc vận chuyển và xử lý trong các công đoạn tiếp theo.
Độ xuyên quang của sản phẩm kính nổi phụ thuộc vào màu sắc của nó. Với sản phẩm kính nổi thương mại không màu, độ xuyên sáng của nó đạt từ 75% đến 92% tùy thuộc vào chiều dày của tấm kính. Với hàm lượng sắt thông thường của kính nổi thương mại, người ta có thể quan sát thấy màu xanh lá cây hoặc xanh da trời với những tấm kính có chiều dày bằng hoặc lớn hơn 10mm. Để xóa bỏ hoàn toàn màu xanh tự nhiên của kính nổi, người ta phải lựa chọn cẩn thận các nguyên liệu đầu vào để giảm hẳn lượng oxit sắt (Fe2O3) có trong các nguyên liệu. Với sản phẩm kính siêu trong (hàm lượng sắt trong kính rất thấp), người ta có thể đạt được độ xuyên quang cao hơn so với các sản phẩm kính nổi thông thường với cùng độ dày.