Il Vetro Gaffer

Negli ultimi anni, la Gaffer Glass ha esaminato dozzine di diversi tipi di vetri sodici e al piombo per studiare le loro caratteristiche d’espansione e viscosità. Il nostro ruolo, a parte quello inerente la manifattura dei colori, è quello di concorrere con la gran selezione di coefficienti d’espansione esistenti. A differenza di chi usa Pyrex, Bullseye, Spectrum 96, o Moretti, per esempio, non c’è un ”vetro standard” ben identificato a cui i manifattori di colori possano combinare i loro lotti di produzione. Per questo motivo abbiamo concepito un nostro “Vetro standard” personale.

La nostra ricerca, sia teorica che pratica, mostra che la curva a campana dei coefficienti d’espansione lineari nello studio del vetro negli U.S.A., Australia, Nuova Zelanda, Giappone e Inghilterra, raggiungeva il picco a circa 96x10-7 (0-300°C). I limiti esterni erano da 94,00 a 99,50.

Dati di viscosità (Lakatos’et. al factors,¹) mostravano anche variazioni a grandi temperature di fusione e lavorazione, con temperature che partivano da 1290°C (2354°F) a log 2 (unità di misurazione della viscosità a temperature alte) fino ad un massimo di 1430°C (2606°F). Non vi stiamo suggerendo di fondere necessariamente a queste temperature, ma volendo fare un paragone, i calcoli di Lakatos sono molto utili. La curva a campana per la temperatura a viscosità log 2, raggiunse un picco a 1370°C (2498°F), con dei lotti di produzione commercialmente fruibili in abbondanza rispetto a quello.

La Gaffer Glass ha deciso d’iniziare un processo di protezione di un lotto di produzione sin dall’origine, una scelta che avrebbe soddisfatto alcune linee guida che consideravamo rilevanti. Volevamo renderlo anche commercialmente disponibile dandolo a Phillips per la produzione (codice #3300) e a Spruce Pine Batch in forma granulosa. I criteri che consideravamo importanti (non in ordine di priorità) erano i seguenti:

Costi energetici

I costi energetici rimangono gli investimenti più difficili da ammortare nel corso degli studi sulla lavorazione del vetro. Troppi lotti di produzione, prodotti commercialmente o privatamente, non hanno prestato sufficiente attenzione alle caratteristiche di viscosità. La viscosità della fusione ad alte temperature determina la velocità dell’eliminazione dal seme dal vetro fuso. Anche piccole quantità di alcuni prodotti chimici hanno un effetto rilevante sulla velocità di fusione e di raffinazione.

La formulazione della Gaffer si è focalizzata su l’abbassamento della temperatura teorica di log 2 a 1325°C (2420°F) (paragonato, Spruce Pine 87 è 1380°C, o 2516°F) e sulla riduzione delle temperature ad una scala più idonea, prossima ai 1080°C (1976°F). Esami compiuti su una fornace a vaso indipendente, hanno dimostrato un 10% di risparmio di gas a 1080°C (1976°F) equiparabile a 1150°C (2100°F). Come risultato si ottiene un risparmio energetico più elevato e i refrattari vengono mantenuti in ottime condizioni. I granuli hanno un livello di fusione 15% più veloce rispetto al vetro colato.

Proprietà di lavorazione

Questa formula, a parte il fatto di avere temperature di lavorazione più basse, ha anche una durata di lavorazione più estesa. Il manufatto, può essere riscaldato in maniera sorprendentemente rapida, ha una buona compattezza e una tensione superficiale assai moderata. Può essere tagliato con cesoie, modellato, plasmato o percosso, ma rimarrà sempre un corpo dall’elevata lavorabilità, mostrando inoltre poca tendenza alla devetrificazione e un’ottima lavorabilità sotto la lampada.

Compatibilita

Riconosciamo che gli standard di compatibilità sono stati consolidati per noi dai nostri concorrenti e dai prodotti commerciali già in uso, non avrebbe senso eclissare questo particolare. I Trident Seal tests2 usando il vetro della Gaffer fuso sotto condizioni controllate di tempo e temperatura, mostrano per esempio zero tensione con Spruce Pine 87 e East Bay Regular.

Abbiamo fuso questo vetro a 1400°C (2550°F) per otto ore dopo l’ultimo carico (paragonato al solito periodo di tempo di 1310°C/2400°F – 6 ore) e abbassato il suo COE di solo circa ½ punto. Questa caratteristica mostra che lo stesso è molto tollerante per quanto riguarda la volatilizzazione e mostra poco moto dopo una settimana a temperature di lavorazione - al Massimo ½ di un punto.

Proprietà Fisiche3

Espansione: 0-300°C: 96.0 x 10-7
25-300°C: 98.5 x 10-7

Punto di Ricottura: 486°C (907°F)
Punto di tensione: 439°C (822°F)

Durabilità

Molti dei lotti da noi analizzati, mostravano poca attenzione alla durabilità, mentre altri sembrano un po’ esagerati. Per aumentare la durabilità, l’agente meno costoso e piu’ efficace è l’allumina, ma una quantità eccessiva della stessa rende difficile il processo di fusione. Alle temperature di fusione L’Al203 può sollevare la temperatura di fusione per la stessa viscosità fino a 35°C (quasi 100°F). Il lotto di Gaffer contiene una quantità di allumina molto più piccola, additivata con ossido di zinco. L’ossido di zinco è ugualmente efficace come l’allumina per quanto riguarda la resistenza all’acqua, al vapore ed all’acido, ma abbassa viscosità e temperatura allo stesso tempo. Un’indagine effettuata da Integrix3, mostra la sua resistenza all’acqua e agli acidi, una caratteristica che lo rende altamente conciliabile con quanto richiesto dalle normative disciplinanti la produzione di contenitori in vetro.

Impatto dei refrattari sull’ambiente

Il processo di granulazione dei lotti, comporta evidenti benefici, ad esempio consente di ottenere tempi di fusione più veloci e un elevato abbattimento delle polveri, favorendo l’allungamento della durata dei refrattari.

Si fa notare che i nuovi lotti della Glasma e della Philips, contengono carbonato di bario in percentuali abbastanza elevate. Il carbonato di bario è una sostanza tossica e quando il livello dello stesso raggiunge il 4% diventa corrosivo anche per i contenitori. Il lotto di Gaffer è relativamente atossico, in quanto non contiene né bario né ossidi al piombo. Abbiamo rinunciato all’utilizzo d’addizioni al fluoruro, che, anche se sono utili per la riduzione della viscosità, al raggiungimento delle temperature di fusione e accelerazione, lo stesso si volatilizza corrodendo sia i contenitori che le attrezzature. I fluoruri contribuiscono quindi all’emissione di sostanze tossiche e corrosive. Dal punto di vista di corrosione e tossicità, il lotto di Gaffer ha un impatto molto ridotto. E’ egualmente adatto alla cottura usando electric4 o impiegando il gas. 

Footnotes.

  1. I dati relativi alla viscosità e alla temperatura, sono stati redatti facendo riferimento ai coefficienti forniti da Lakatos T., Johanssen L.,
    Simmingsköld B., Viscosity-Temperature Relations in glasses composed of SiO2-Al2O3-Na2O-K2O-BaO-PbO-B2O3-CaO-ZnO-Li2O in the Compositional Range of “Crystalline” Glasses. Glasteknisk Tidskrift. 34 (3) 1979. 61-6  
  2. Contiamo sulla prova del “Trident Seal Test” per tutti controlli di compatibilità e di disadattamento termico. E’ molto più esatto del “thread tests” o dei dilatometri. Vedere Hagy H.E., The Trident Seal- A Rapid and Accurate Expansion Differential Test. J. Am. Ceram. Soc. 62 (1972) 60-62. 
  3. Come esaminato dalla “Integrex Testing“, una divisione del laboratorio di Owens Corning Inc. Prove compiute sul vetro appena fuso e raffinato dopo l’ultimo carico per 6 ore a 1310°C (2390°F) a vaso indipendente.
  4. Vi consigliamo di ventilare la connessione fra l’ingresso di corrente elettrica e gli elementi o i collegamenti agli elettrodi.

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