СПОСОБ НАНЕСЕНИЯ ДЕКОРАТИВНОГО ПОКРЫТИЯ НА ЗАКАЛЕННЫЕ СТЕКЛА
METHOD FOR APPLYING DECORATIVE COATING ON TEMPERED GLASS

Изобретение относится к области нанесения декоративного покрытия на закаленные изделия из стекла и может быть использовано в строительной индустрии, автомобильной и мебельной промышленности.
Из уровня техники известен способ изготовления листового стекла с помощью горизонтальной закалочной печи (Патент РФ 2454378), включающий подготовку глазури с температурой плавления 620-630°С, нанесение глазури на поверхность листового стекла, быстрый нагрев до температуры внутри горизонтальной закалочной печи 685-710 °С и закалку с помощью горизонтальной закалочной печи.
Известен способ и устройство для обработки стекла                                      (Патент РФ 2193492), включающий в непрерывную подачу стеклянных листов и отделяющихся под действием тепла переводных изображений на носителе переводных изображений в припрессовочную установку, подачу тепла к носителю переводных изображений для одновременного отделения переводного изображения от носителя и нанесения его на подведенную поверхность соответствующего стеклянного листа, непрерывно проходящего через припрессовочную установку, непрерывное перемещение стеклянных листов с нанесенным на них переводным изображением в закрепляющую изображение печь, медленное нагревание стеклянных листов до заданной температуры для удаления всех связывающих веществ с переводного изображения и прикрепления переводного изображения к стеклянным листам для их декорирования.
g
f
Недостаток известных способов – невозможность нанесения покрытия на поверхность закаленного стекла из-за высокой температуры в закалочной печи, так как температура (Т) перехода стекла из хрупкого состояния в пиропластическое составляет 530-560°С, а температура (Т) перехода стекла из пиропластического состояния в вязко-текучее более 600°С.
Наиболее близким к предложенному способу по технической сущности и достигаемому результату является способ декорирования закаленных изделий из стекла с помощью аэрографа, включающий подготовку флюса и эмали, подачу изделия конвейером на машину для эмалирования, сушку эмали, зачистку дна и края изделий, отжиг изделия с эмалевым покрытием, закалку изделия с эмалевым покрытием и контроль качества [Гулоян Ю.А. Декорированная обработка стекла и стеклоизделий. – М.: Высшая школа, 1984. – С. 171-172].
Недостатком прототипа является длительность и энергоемкость технологического процесса, а также низкое качество конечного продукта.
Технический результат предлагаемого способа заключается в ускорении технологического процесса и в снижении его энергоемкости, а также в увеличении показателей качества конечного продукта.
Технический результат достигается тем, чтоспособ нанесения декоративного покрытия на закаленные стекла включает подготовку исходного сырья, нанесение на поверхность изделий декоративного покрытия и его закалку, причем в качестве исходного сырья для приготовления гранулированной шихты применяют бой свинцового хрусталя и гидратированное жидкое натриевое стекло в соотношении 10:1 и красящий оксид (пигмент) в количестве 0.2-2,0% сверх 100%, кроме того нанесение декоративного покрытия на поверхность изделий,  подогретую потоком плазмообразующего газа (аргона) от плазменной горелки, осуществляют плазменным напылением расплавленных гранул шихты на расстоянии                               30-35 мм до изделий от среза плазменной горелки с одновременным  микрозакаливанием, осуществляемом при самопроизвольном остывании.
Предложенный способ отличается от прототипа тем, что в качестве исходного сырья для приготовления гранулированной шихты применяют бой свинцового хрусталя и гидратированное жидкое натриевое стекло в соотношении 10:1 и красящий оксид (пигмент) в количестве 0.2-2,0% сверх 100%, кроме того нанесение декоративного покрытия на поверхность изделий,  подогретую потоком плазмообразующего газа (аргона) от плазменной горелки, осуществляют плазменным напылением расплавленных гранул шихты на расстоянии 30-35 мм до изделий от среза плазменной горелки с одновременным  микрозакаливанием, осуществляемом при самопроизвольном остывании.
Таблица 1
Сравнительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов
Известный способ
Предлагаемый способ
Подготовка исходного сырья (флюса и эмали)Подача изделия конвейером на машину для эмалированияСушка эмалиЗачистка дна и края изделийОтжиг изделия с эмалевым покрытиемЗакалка изделия с эмалевым покрытиемКонтроль качества (на термоударе)
<i>Время декорирования </i><i>6 часов</i>
Подготовка исходного сырья(помол боя свинцового хрусталя и смешение (усреднение) с дегидратированным натриевым стеклом и красящим оксидом (пигментом))Гранулирование шихты с размером гранул 1,0-3,0 ммПодогрев закаленного изделия потоком отходящего плазмообразующего газаПодача гранул шихты в порошковый питательПодача гранул шихты в плазменную горелкуПлазменное напыление на расстоянии 30-35 мм до стеклоизделия от среза плазменной горелки с одновременным микрозакаливаниемКонтроль качества (на термоударе)
<i>Время декорирования</i><i>45 минут</i>
Проведенный анализ способов декорирования изделий из стекла позволяет сделать заключение о соответствии заявляемого способа критерию «новизна».
Сопоставительный анализ технологических операций известного и предлагаемого способов представлен в таблице 1, из которой видно, что время декорирования изделия в предлагаемом способе составляет 40 минут, а в известном – 360 минут. Снижение данного показателя произошло за счет упрощения подготовки исходного сырья, процедуры его нанесения и сушки, а также устранения энергоемкой технологической операции закалки.
Натриевое жидкое стекло в составе тонкомолотого боя свинцового хрусталя обеспечивает снижение вязкости расплава и ровного розлива декоративного покрытия на поверхности изделия из стекла. Причем, натриевое жидкое стекло в составе декоративного покрытия необходимо дегидратировать путем его предварительной сушки при 105°С в течение 30 минут, так как в негидратированном состоянии оно вызывает вспенивание декора с образованием газовых включений в покрытии.
2
Бой свинцового хрусталя с содержанием PbО 24%, выпускаемый отечественной промышленностью, применяемый в качестве исходного сырья в предлагаемом способе, обладает высоким показателем преломления и более высокой температурой плавления по сравнению легкоплавким бесцветным флюсом, который используется в качестве сырья в прототипе. Кроме того, бой свинцового хрусталя для снижения вязкости расплава не требует по сравнению с флюсом увеличения в своем составе натриевого жидкого стекла, поэтому повышаются показатели качества декоративного покрытия, полученного по предлагаемому способу, и снижается себестоимость изделий из стекла за счет уменьшения расхода жидкого натриевого стекла.
Таблица 2
Оптимальное соотношение исходного сырья для приготовления гранулированной шихты
Состав
Водостойкость
Кислотостойкость органолептическая оценка (по ГОСТ 30407)
Бой свинцового хрусталя
Дигидратированная жидкость
0,01 HCl, см3
Гидролитический класс
10
0,5
3,56
4
Изменений в блеске и цвете нет
10*
1,0*
3,85
4
Изменений в блеске и цвете нет
10
1,5
4,23
4
Изменений в блеске и цвете нет
10
2,0
5,81
5
Помутнение поверхности, блеск отсутствует
10
2,5
6,09
5
Помутнение поверхности, блеск отсутствует
*-Оптимальный вариант
Как видно из таблицы 2, оптимальным соотношением боя свинцового хрусталя и натриевого жидкого стекла является 10:1 весовых частей. При меньшем количестве натриевого жидкого стекла снижается качество декоративного покрытия и не достигается ровного разлива эмали. А при увеличении количества жидкого натриевого стекла 10:2 и более, существенно снижается водостойкость и кислотостойкость декоративного покрытия, вызывающего помутнение покрытия. Кроме того, по ГОСТ                                            30407 водостойкость должна быть не менее 4 гидролитического класса.
Технологические параметры закаленных стекол с декоративным покрытием представлены в таблице 3.
Таблица 3
Технологические параметры эмалирования закаленных стекол
№
Расстояние от плазменной горелки до стеклоизделия, мм
Скорость движения плазменной горелки, мм/с
Расход плазмообразующего газа-аргона, г/сек
Органическая оценка качества покрытия
1
25
10
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116
Деформация покрытия
0,00140
Натеки эмали
0,00163
Натеки эмали
0,00186
Натеки эмали
Продолжение таблицы 3
15
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116
С ровным розливом
0,00140
Деформация покрытия
0,00163
Натеки эмали
0,00186
Натеки эмали
20
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116
Неравномерное покрытие
0,00140
Деформация покрытия
0,00163
Деформация покрытия
0,00186
Натеки эмали
2
30*
10*
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116*
С ровным розливом
0,00140*
С ровным розливом
0,00163*
С ровным розливом
0,00186
Натеки эмали
15*
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116*
С ровным розливом
0,00140*
С ровным розливом
0,00163*
С ровным розливом
0,00186
С ровным розливом
20
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116
С ровным розливом
0,00140
Натеки эмали
0,00163
Натеки эмали
0,00186
Натеки эмали
3
35*
10*
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116*
С ровным розливом
0,00140*
С ровным розливом
0,00163
Натеки эмали
0,00186
Натеки эмали
15*
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116*
С ровным розливом
0,00140*
С ровным розливом
0,00163*
С ровным розливом
0,00186
Натеки эмали
20
0,00093
Неравномерное покрытие
0,00116
Неравномерное покрытие
0,00140
С ровным розливом
0,00163
Натеки эмали
0,00186
Натеки эмали
* – оптимальный вариант
Экспериментально установлено, что в предлагаемом способе оптимальным расстоянием от среза плазменной горелки до поверхности стеклоизделия является 30-35 см. Причем, если данное расстоянии менее 30 см наблюдается значительное количество дефектов, а более 35 см – значительно возрастают энергозатраты и расход шихты. Высокие температуры плазменного факела (порядка 8000К) обеспечивают быстрое расплавление свинцового хрусталя с дегидратированным жидким стеклом и красителем.
При оптимальных параметрах 30-35 см от среза плазменной горелки до поверхности стеклоизделия и скорости движения плазменной горелки 10-15 мм/с происходит быстрый разогрев и последующее быстрое самопроизвольное остывание тонкого декоративного слоя (200-300 мкм), что обеспечивало микрозакаливание эмали.
Пример.
2
2
3
2
2
2
3
2
3
3
В качестве исходного материала брали бой свинцового хрусталя следующего химического состава (масс. %): SiO – 56,5; AlO – 0,5; NaO – 1,0; KO – 14,6; PbO – 24,0; BO – 1,2; FeO – 0,024; SO – 0,4; ZnO – 1,8.
Бой свинцового хрусталя совместно с дегидратированным натриевым жидким стеклом в соотношении 10:1 помещали в фарфоровую шаровую мельницу объемом 10 литров. В качестве красящего пигмента использовали оксид кобальта в количестве 2,0% сверх 100%.
Предварительно натриевое жидкое стекло дегидратировали путем термообработки в сушильном шкафу при 105°С в течении 0,5 часа.
После усреднения исходных компонентов их извлекали из фарфоровой мельницы и гранулировали в лабораторном тарельчатом грануляторе с получением гранул шихты 1,0-3,0 мм.
Для нанесения декоративного покрытия использовали листовое закаленное стекло толщиной 5,0 мм размером 800х600 мм, которое устанавливали на стенд,
Над стендом размещался возвратно-поступательный механизм с закаленной плазменной горелкой ГН-5р электродугового плазмотрона УПУ-8м. Зажигали плазменную горелку. Параметры работы плазмотрона были следующие: мощность – 15 кВт, расход плазмообразующего газа-аргона – 0,00140 г/сек. Плазменная горелка под действием возвратно-поступательного механизма движется относительно статически установленного листового стекла со скоростью 15 мм/сек. Расстояние от среза плазменной горелки до лицевой поверхности листового стекла составляет 30 мм. В порошковый питатель загружают гранулированную шихту. Из порошкового питателя гранулированная шихта подавалась в плазменную горелку ГН-5р. В плазменной горелке гранулы шихты расплавлялись с образованием капель расплава. Отходящий поток плазмообразующего газа-аргона транспортировал капли расплава к подогретой поверхности листового стекла. При контактировании с листовым стеклом капля расплава деформировалась, разогревала и размягчала поверхностный слой. Происходило впаивание капли расплава и микрозакаливание при самопроизвольном остывании.
Время нанесения декоративного покрытия зависит от площади изделия. В частности, листовое закаленное стекло толщиной 5,0 мм и размером                      800х600 мм декорировано за 240 секунд (4 минуты). После плазменного напыления отключали электродуговой плазмотрон УПУ-8м, порошковый питатель, возвратно-поступательный механизм.
Декорированное закаленное стекло снимали со стенда и подвергали испытанию на термическую устойчивость в соответствии с требованиями ГОСТ 30407.