ФРАГМЕНТ ВИТРАЖА

Полезная модель относится к технологии изготовления витражей из цветного стекла и стеклокремнеземистых отходов, более конкретно, к конструкции фрагментов витражей, и может найти применение в архитектурном и художественном оформлении зданий для их наружной и внутренней отделки витражными композициями, при создании декоративных панно, а также при изготовления изделий декоративно-прикладного назначения.
Известно устройство композиционного витража и его фрагментов, содержащих две прозрачные стеклянные пластины и размещенные между ними ячейки матрицы, ограниченные по линиям эскиза рисунка металлическими лентами и заполненные гранулированным стеклодекором, частицы которого скреплены между собой и со стеклянными пластинами с помощью синтетических связующих (см. авт. свид. СССР №672070, бюлл. №25, 1979 г.).
Недостатком такого витража является сложность конструкции и технологии его изготовления, связанные с необходимостью формирования ячеек матрицы с помощью внедренных в тело композиционного витража металлических лент и синтетических связующих для сохранения целостности витража и получения требуемого декоративного эффекта.
Наиболее близким техническим решением является фрагмент витража, содержащий частично прозрачную декоративную композицию в форме пластины, состоящей, из спеченных компонентов цветного стекла (см. журнал «Строительный сезон» №40, 2005 г., с.20 - прототип).
Известный витраж и его фрагменты изготавливают в технике «Фьюзинг», при которой на отдельном листе стекла собирают композиционный рисунок из отдельных кусочков цветного стекла, затем все это спекают в печи в единый пласт. Фрагменты такого витража нередко используют в классическом витраже, в котором они скрепляются по стыкам профиля с помощью свинцовых, алюминиевых или латунных соединительных элементов.
Недостатками такого устройства витража и его фрагментов являются сравнительно сложная операция подбора и ручной укладки мелких деталей цветовой и графической композиции на плоскости листа прозрачного стекла, а также ограниченная палитра цветовой гаммы. Сложность технологии его изготовления заключается в том, что для получения витража высокого качества необходимо осуществлять подбор кусочков цветного стекла и прозрачной основы с равными или близкими коэффициентами термического расширения, поскольку их различие при спекании может привести к появлению в толще витража микротрещин или к разрушению его фрагментов после отжига.
Решаемой задачей является создание сравнительно простой монолитной конструкции фрагмента витража, обладающего после высокотемпературной обработки в печи достаточно высокими прочностными и художественно-декоративными характеристиками для отделки зданий и сооружений витражными композициями и панно. Дополнительно решается задача создания достаточно простой и эффективной технологии производства витражей с высоким качеством лицевой поверхности из дешевых промышленных отходов.
Указанная задача решается тем, что в фрагменте витража, содержащем частично прозрачную декоративную композицию в форме пластины, состоящей из спеченных компонентов цветного стекла, согласно полезной модели, пластина фрагмента витража включает, по крайней мере, один декоративный слой спеченной смеси частиц цветного прозрачного стекла с различными коэффициентами термического расширения с добавлением 0,5-5% масс. частиц цветного глушенного стекла, причем размеры частиц стекла в смеси находятся в диапазоне 1-10 мм.
Кроме того, пластина фрагмента витража может содержать лицевой декоративный слой толщиной 1-5 мм, нанесенный на основной слой толщиной 5-20 мм, причем основной слой может состоять, преимущественно, из частиц цветного прозрачного стекла светлых оттенков или бесцветного стекла.
Кроме того, пластина фрагмента витража может быть выполнена составной, по крайней мере, из двух частей, расположенных в одной плоскости и механически соединенных между собой по смежным ребрам с помощью соединительных элементов или общей рамой.
Такое выполнение устройства решает задачу создания монолитной конструкции фрагмента витража, обладающего достаточно высокими прочностными и декоративными характеристиками для художественного оформления витражных композиций. Одновременно решается задача создания эффективной технологии производства витражей с высоким качеством лицевой поверхности из дешевых промышленных отходов. Основными исходными компонентами смеси для витражей являются цветной прозрачный гранулят в декоративном слое с добавками глушенного стекла и стеклобой или стеклогранулят в основном конструкционном слое. При этом существенно сокращается время изготовления фрагментов витражей по сравнению с аналогичными технологиями производства витражей подобного типа.
Указанный диапазон размеров частиц в спеченной смеси частиц цветного прозрачного стекла в диапазоне 1-10 мм определен экспериментально в результате отработки режимов спекания опытных образцов фрагментов витражей. При этом необходимо отметить, что снижение основной фракции смеси частиц стеклогранулята менее 1 мм, в большинстве случаев приводит к значительному снижению прозрачности всей композиции витража за счет «глушения» компонентов прозрачного цветного стекла. Аналогичный результат наблюдается при значительном количестве (более 40% масс) частиц стекла размером около 1 мм. Напротив, увеличение основной фракции более 10 мм приводит к местным изменениям толщины образцов фрагментов витража и неровности лицевой поверхности. Добавки цветного глушенного стекла в исходную смесь частиц, в определенном экспериментально диапазоне 0,5-5% масс., не меняя существенно прозрачность витража в целом, позволяют достичь дополнительный декоративный эффект в виде интенсивных цветных участков, например, линий на общем фоне прозрачной художественной композиции.
В результате экспериментальной отработки режимов получения фрагментов витражей в ОИВТ РАН было отмечено, что различие коэффициентов термического расширения для указанных типов стекла при использовании фракций в диапазоне 1-10 мм благоприятно сказывается на прочностных характеристиках образцов в указанном диапазоне их толщин. Было также определено, что использование при производстве двухслойных витражных изделий по методу трафаретного нанесения цветного декоративного рисунка толщина лицевого слоя должна находиться в оптимальном диапазоне 1-5 мм, а основного слоя - в пределах 5-20 мм, при этом необходимо, чтобы основной слой состоял, преимущественно, из частиц цветного прозрачного стекла светлых оттенков или бесцветного стекла для увеличения светопропускания витража.
Пластина фрагмента витража при общей толщине менее 6 мм обладает высокой прозрачностью, но сравнительно малой прочностью, особенно, при монтаже витражей большой площади. Превышение толщины фрагментов витражей более 25 мм нецелесообразно по причинам снижения общей прозрачности, увеличения веса и уменьшения производительности технологических систем при их производстве.
Конструктивные особенности конкретного выполнения фрагмента однослойного витража показаны на фиг.1 и двухслойного - на фиг.2.
Фрагмент (фиг.1) содержит пластину размером 200×300 мм, представляющую собой частично прозрачную витражную композицию в виде сплошного декоративного слоя 1 толщиной 10 мм. Декоративный слой 1 фрагмента витража представляет собой часть художественной композиции в виде менее прозрачных графических цветных линий 2 на фоне более прозрачных цветовых пятен 3 большой площади из спеченной смеси частиц прозрачного и глушенного стекла. При этом цветовые пятна 3 декоративного слоя 1 состоит из спеченной смеси частиц цветного прозрачного стекла различных цветовых оттенков, имеющих размеры в диапазоне 3-8 мм, с добавлением 1% масс. частиц цветного глушенного стекла разного цвета с размерами 1-2 мм, а менее прозрачные цветные линии 2 состоят из частиц более темных сортов прозрачного стекла размером 1-3 мм с добавлением 4% масс. частиц цветного глушенного стекла разного цвета размером 1-1,5 мм.
Слои 4 спеченного стекла между линиями 2 и пятнами 3 имеют иные промежуточные цветовые оттенки. Используемые для изготовления фрагментов витража частицы стекла, как правило, являются продуктом различных типов отходов стекольного производства. По этой причине они имеют различный физико-химический состав, различный цвет и различные коэффициенты термического расширения.
Фрагмент витража (фиг.2) содержит пластину размером 200×300×16 мм, состоящую из лицевого декоративного слоя 1 толщиной 4 мм и основного слоя 5 толщиной 12 мм. При этом слой 1 состоит из спеченной смеси частиц цветного прозрачного стекла разных цветовых оттенков с размерами в диапазоне 2-6 мм с добавлением частиц цветного глушенного стекла разного цвета с размерами 1-2 мм при содержании: 1% масс. в области светлых пятен 3 и 5% масс. - в области темных участков 2. Композиционный рисунок декоративного слоя 1 может быть выполнен, например, в виде зеленого растительного орнамента на ярком голубом фоне с распределением темных линий на светлом фоне аналогично фиг.1. Основной слой 5 в данном случае состоит из спеченной смеси частиц цветного прозрачного стекла светлых голубых оттенков с добавлением 1% масс. частиц глушенного стекла и 40% масс. бесцветного стекла, а слой 6 между слоями 1 и 5 имеет промежуточные оттенки цветов.
При этом указанные компоненты спеченной смеси частиц стекла в слоях 1, 5 были также подобраны в исходной шихте с различными коэффициентами термического расширения, которые связаны с особенностями физико-химических свойств частиц стекла и содержанием основных ингредиентов и легирующих добавок.
Фрагмент витража функционирует следующим образом.
Изготавливают несколько фрагментов витража по схеме фиг.1 или фиг.2. Каждый из фрагментов имеет указанные особенности и является частью общей композиции. Группу из 9 изготовленных фрагментов витража в виде пластин размещают в одной плоскости и скрепляют между собой. Пластины девяти фрагментов витража могут быть механически соединены между собой по смежным ребрам с помощью соединительных элементов в виде желобов (не показаны) и заключены в общую металлическую или иную раму (не показана) размером 600×900 мм. Полученный витраж заданной художественно-декоративной композиции конструктивно оформленный в силовой раме, устанавливают, например, в оконный проем террасы загородного дома. При этом обеспечивается подсветка витража естественным дневным светом или с помощью искусственных светильников.
Технология изготовления фрагментов витража по схеме фиг.2 включает подбор по цветам и физико-химическим свойствам различных стеклокремнеземистых отходов (стеклобой, стеклогранулят и т.п.) с последующим фракционированием компонентов. Исходные компоненты основного слоя 5 заданной толщины смешивают и загружают в теплоизолированные формы, на дно которых предварительно укладывают термостойкую подложку, например, в виде песчаной засыпки или стеклокремнезитовой ткани. В случае необходимости на основной слой смеси загружают декоративный слой материала в виде элементов художественного изображения в соответствии с общим композиционным замыслом. Подготовленные фрагменты витража в теплоизолированных формах подвергают спеканию в замкнутых объемах при помощи подвижного колпакового электронагревателя с теплоизолирующей оболочкой.
Термообработку заготовок фрагментов витража осуществляют в габаритах неподвижных форм без предварительного подогрева или с предварительным подогревом до температуры 300-500С встроенными в донную часть теплоизолированной формы неподвижными электрическими нагревателями. В этом случае после установки на форму подвижного электронагревателя отключают нижний нагреватель и включают верхний, нагревая поверхность заготовки фрагмента витража до 800-1100С до оплавления его лицевой поверхности. Отжиг и охлаждение фрагмента витража осуществляют после удаления верхнего нагревателя и теплоизоляции полости формы съемной крышкой до температуры 50-70С, после чего вынимают готовые фрагменты и выполняют повторную загрузку формы. Термообработку фрагментов витража по схеме фиг.1 осуществляют аналогично.
Примерная программа цикла термообработки заготовок фрагментов витража в замкнутых теплоизолированных формах соответствует указанным ниже фазам цикла, время выдержки которых зависит, в том числе, от мощности электронагревателей и толщины заготовки и устанавливается опытным путем:
- фаза включения нижнего нагревателя до 20 мин.,
- фаза включения верхнего нагревателя до 20 мин.,
- фаза выдержки температуры до 5 мин.,
- фаза отключения верхнего нагревателя и его перемещения до 1 мин.,
-фаза закрытия формы теплоизоляционной крышкой до 1 мин.,
- фаза отжига заготовки под теплоизоляционной крышкой до 3 час.,
- фаза извлечения из формы готового фрагмента витража до 1 мин.
Периодическая термообработка заготовок фрагментов витража осуществляется в соответствии с указанными фазами цикла. После изъятия из формы очередного фрагмента витража в указанную форму укладывают послойно исходные компоненты декоративного и основного слоев. Указанные операции осуществляют последовательно для каждой из форм ряда, количество которых выбирают опытным путем, исходя из общего времени термообработки всех заготовок фрагментов витража.
Установка для изготовления фрагментов витража может содержать группу из нескольких подвижных колпаковых электронагревателей и группу из нескольких неподвижных теплоизолированных форм для размещения заготовок фрагментов витража. При этом возможно использование механизмов для шагового перемещения электронагревателей по горизонтали и вертикали. Неподвижные теплоизолированные формы могут быть выполнены секционированными для получения в секциях группы фрагментов витража меньших размеров и различных конфигураций. Установка такого рода для изготовления фрагментов витража позволяет в несколько раз увеличить производительность изготовления витражей, уменьшить капитальные затраты, практически устранить перепады температур по площади заготовки в процессе ее отжига и охлаждения, тем самым уменьшить процент брака готовой продукции.
Предложенная полезная модель решает задачу создания художественных витражных композиций с помощью фрагментов витража, имеющих монолитную конструкцию, которая обладает достаточно высокими прочностными и декоративными характеристиками. При этом решается задача создания технологии эффективного производства витражей с высоким качеством лицевой поверхности из дешевых промышленных отходов. Предложение может найти широкое применение в архитектурном и художественном оформлении зданий, при создании декоративных панно и оформлении интерьеров, при изготовления иных изделий декоративно-прикладного назначения.
Основные технические решения при создании полезной модели и режимы термообработки заготовок фрагментов витражей опробованы на экспериментальном и опытно-промышленном оборудовании ОИВТ РАН.