Tài liệu Nghiên cứu vật liệu mozai thủy tinh trang trí mỹ thuật

VIỆN NGHIÊN CỨU SÀNH SỨ THỦY TINH CÔNG NGHIỆP BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU VẬT LIỆU MOZAI THỦY TINH TRANG TRÍ MỸ THUẬT CNĐT: CAO NHẬT QUANG 8328 HÀ NỘI - 2010 MỤC LỤC MỤC LỤC........................................................................................................ 0  MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1  PHẦN I: TỔNG QUAN .................................................................................. 3  I. Tổng quan về mô zai (mosaic) và mô zai thủy tinh (mosaic glass) ............................... 3  II. Mosaic thủy tinh ứng dụng trong trang trí mỹ thuật ..................................................... 4  III. Tổng quan tình hình nghiên cứu, sản xuất trong nước và nước ngoài......................... 6  III.1. Trên thế giới.......................................................................................................... 6  III.2. Trong nước............................................................................................................ 6  PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................ 8  I. Cơ sở lý thuyết................................................................................................................ 8  I.1. Môzai thủy tinh trong kiến trúc xây dựng ............................................................... 8  I.2. Các phương pháp tạo hình sản phẩm thủy tinh..................................................... 13  I.3. Phương pháp tạo mô zai thủy tinh......................................................................... 19  II. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................... 23  III. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................................... 24  PHẦN III: THỰC NGHIỆM ....................................................................... 25  I. Nghiên cứu chế thử theo phương pháp sơn phủ ........................................................... 25  I.1. Nguyên liệu, hóa chất và dụng cụ ......................................................................... 25  I.2. Quy trình chế thử sản phẩm .................................................................................. 26  II. Nghiên cứu chế thử theo phương pháp ép .................................................................. 28  I.1. Nghiên cứu thiết kế khuôn ép ................................................................................ 28  II.2. Quy trình chế thử sản phẩm ................................................................................. 28  III. Kết quả và nhận xét đánh giá..................................................................................... 31  III.1. Sản phẩm môzai sản xuất theo phương pháp sơn phủ........................................ 31  III.2. Sản phẩm môzai sản xuất theo phương pháp ép................................................. 34  III.3. So sánh sản phẩm môzai của hai phương pháp chế thử..................................... 35  IV. Quy trình công nghệ sản xuất và ứng dụng sản phẩm của đề tài .............................. 36  IV.1. Quy trình công nghệ sản xuất ............................................................................. 36  IV.1. Ứng dụng sản phẩm đề tài .................................................................................. 37  PHẦN IV: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................... 39  I. Kết luận ........................................................................................................................ 39  II. Kiến nghị..................................................................................................................... 39  TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 40  PHỤ LỤC ....................................................................................................... 41  B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc MỞ ĐẦU Ngày nay thủy tinh là một trong những vật liệu quan trọng nhất bởi ứng dụng rộng rãi của nó trong tất cả nhiều ngành công nghiệp, khoa học kỹ thuật. Thủy tinh là loại vật liệu không thể thiếu trong xây dựng và hoàn thiện các công trình công nghiệp và dân dụng. Trong trang trí mỹ thuật, thủy tinh cũng là một chất liệu được sử dụng từ rất lâu trên thế giới. Tấm lát thủy tinh là một trong những vật liệu ốp có hiệu quả nhất, chúng rất bền , có khả năng bảo vệ tòa nhà, công trình dưới tác động khắc nghiệt của môi trường, vệ sinh tốt. Sử dụng các tấm khảm thủy tinh trong xây dựng đã được biết từ rất lâu. Các tác phẩm khảm từ thời cổ xưa đến ngày nay vẫn giữ nguyên giá trị về nghệ thuật và kỹ thuật sản xuất. Những tấm lát bằng thủy tinh sử dụng trong xây dựng có hiệu quả kính tế và tính thẩm mỹ cao. Hiệu quả trang trí tuyệt diệu, vẻ đẹp, độ sạch và độ bền của tấm khảm thủy tinh đã được thực tế chứng minh. Vì vậy tấm khảm thủy tinh đã được sử dụng rộng rãi trong xây dựng ở nhiều nước. Việc sử dụng kính màu ghép trong trang trí nội thất đã được dùng khá phổ biến ở các nước trên thế giới, đặc biệt là các nước thuộc Châu Âu, Châu Mỹ và họ tự hào là một loại hình nghệ thuật mang phong cách riêng và có tính truyền thống. Còn tại Việt Nam, loại hình nghệ thuật trang trí này mới chỉ thực sự phát triển trong hơn 10 năm gần đây. Tuy nhiên đa phần các sản phẩm tấm lát thảm, kính ghép màu có bán trên thị trường đều có nguồn gốc nhập ngoại và có giá thành tương đối cao. Các công ty như Havali, công ty kính Đáp cầu thuộc tập đoàn Viglacera cũng sản xuất và cung cấp mặt hàng này, tuy nhiên tính cạnh tranh và chất lượng cũng chưa hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu của thị trường và so với sản phẩm nhập ngoại. Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, xây dựng và làm đẹp kiến trúc nhu cầu về loại vật liệu này trong tương lai nhất định sẽ tăng cao. Trước thực 1 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc tiễn đó, Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp đã đăng ký với Bộ Công thương đề tài: “Nghiên cứu sản xuất vật liệu mô zai thủy tinh trang trí mỹ thuật” Hợp đồng thực hiện đề tài khoa học công nghệ số 212.10.RD/HĐKHCN, ký giũa Bộ Công thương và Viện Nghiên cứu Sành sứ Thủy tinh Công nghiệp ngày 19 tháng 03 năm 2010. Mục tiêu của đề tài: - Xây dựng quy trình công nghệ sản xuất vật liệu mô zai thủy tinh - Sản xuất thử sản phẩm và ứng dụng vào trang trí mỹ thuật Nội dung nghiên cứu: - Tổng quan về vật liệu mô zai. - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất mô zai thủy tinh. - Tiến hành sản xuất thử nghiệm sản phẩm. - Đánh giá chất lượng, thử nghiệm sản phẩm mô zai thủy tinh vào trang trí mỹ thuật. 2 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc PHẦN I: TỔNG QUAN I. Tổng quan về mô zai (mosaic) và mô zai thủy tinh (mosaic glass) Mosaic là nghệ thuật tạo hình với một tổ hợp các mảnh nhỏ của thủy tinh màu, đá, hoặc vật liệu khác. Do chất liệu và công nghệ sản xuất nên mosaic có thể chia làm nhiều chủng loại khác nhau như đá thiên nhiên, gốm, kim loại v.v... Mosaic đã con người sử dụng từ rất sớm. Người ta đã phát hiện ra nhiều loại mosaic làm bằng vỏ sò, đá màu và ngà voi trong những ngôi đền, công trình kiến trúc ở vùng Lưỡng Hà 2000 năm trước Công nguyên. Trong các thế kỷ tiếp theo, nghệ thuật mosaic càng trở nên phổ biến, nhất là trong các tác phẩm, các kiến trúc mang màu sắc tôn giáo, đặc biệt là Thiên chúa giáo và Hồi giáo. Ngày nay, các loại mosaic (chủ yếu là gốm và kính) đã được sử dụng rộng rãi trong trang trí kiến trúc cũng như trong nhiều các tác phẩm nghệ thuật có giá trị. Thủy tinh Mosaic là loại vật liệu ốp lát hiện đại, được tạo thành từ thủy tinh nóng chảy và dập thành từng viên với kích thước và độ dày phù hợp với yêu cầu của từng công trình. Chất liệu thủy tinh có ưu điểm là mức độ hấp thu nước bằng không, chịu nén chịu mài mòn cao, độ bền màu vĩnh cửu, khả năng chống sự ăn mòn của hóa chất, hơn nữa bề mặt bằng phẳng trơn láng và có khả năng tự làm sạch nên không đóng bụi bẩn, rất thích hợp cho những nơi cường độ sử dụng cao và môi trường ẩm ướt. Với những đặc tính nổi bật, Mosaic Glass thích hợp cho các công trình: ứng dụng trong bể bơi, ứng dụng trong phòng khách, ứng dụng trong nhà tắm, trong phòng bếp... những nơi chịu độ ẩm cao. Có hai loại mosaic thủy tinh là loại trong suốt và loại đục. Loại trong suốt được làm trong và xử lý màu ở mặt dưới viên gạch. Loại trong có độ thẩm mỹ cao, có chiều sâu vì ánh sáng có thể xuyên qua tạo màu sắc lung linh 3 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc và màu sắc rực rỡ. Loại đục màu được làm đồng nhất trong quá trình nung. Mosaic thủy tinh cho phép sử dụng dải màu rất rộng nên màu sắc phong phú nên thiết kế được nhiều mẫu đẹp. Với những ưu thế trên, gạch mosaic thủy tinh có thể sử dụng ở rất nhiều nơi như hồ bơi, trang trí sân, khu vực vệ sinh, mặt tiền nhà. Nhà sản xuất cũng đã tạo những mẫu gạch cho khách hàng lựa chọn như mảng trang trí nền nhà với hoa văn hình tròn, vuông dùng đặt ở tiền sảnh, giữa nền nhà; đường viền để phối hợp với các loại gạch lát nền khác; hình ghép sẵn dùng cho hồ bơi như hình động vật sống dưới nước; gạch ghép màu dùng cho các mảng tường trong nhà vệ sinh. Thậm chí có thể dùng gạch để trang trí với các chân dung nhân vật, khung gương, tranh theo hình mẫu... Mosaic có thể xuất hiện dưới dạng những viên gạch ốp đầy màu sắc hay những mẫu tranh thiết kế phức tạp. Việc ghép tranh từ Mosaic được thực hiện hoàn toàn thủ công, kích thước hạt Mosaic càng nhỏ, độ tinh xảo càng cao. II. Mosaic thủy tinh ứng dụng trong trang trí mỹ thuật Mosaic thủy tinh là một vật liệu được sử dụng khá phổ biến trong trang trí mỹ thuật, các tác phẩm tranh kính (Stained glass,) bởi sự đa dạng về màu sắc cũng như khả năng bền vững với thời gian của tác phẩm. Tranh kính ngày xưa thường được dùng trang trí cho các cung điện, lâu đài, nhà thờ, được ghép bởi những mảng kính màu với nhau bằng vật liệu đặc biệt để tạo thành những bức tranh đầy màu sắc. Ánh sáng chiếu qua tranh kính sẽ đem lại hiệu quả cao, giúp không gian trở nên lung linh. Do xuất xứ của tranh kính từ những nơi cổ kính, sang trọng nên chúng thường có nét cổ điển, sang trọng cho không gian kiến trúc. Với nghệ thuật kiến trúc hiện đại, tranh kính được áp dụng như một thủ pháp trang trí pha nét nghệ thuật thủ công. Từ chỗ chỉ trang trí cho các nhà hàng, khách sạn... nay tranh kính đã lan rộng ra các công trình nhà ở. Tranh kính được trang trí nhiều vị trí trên công 4 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc trình kiến trúc như vòm phẳng, cong, cửa đi, cửa sổ, bức hoành phi, mặt tiền, vách ngăn, các loại đèn trang trí ốp tường, treo trần, để bàn... Tranh kính đa phần là các tác phẩm nghệ thuật được ghép thủ công từ những mảng kính màu sử dụng các “ron chì” có rãnh hoặc được bọc các là thiếc hoặc đồng, sau đó được hàn lại với nhau. Tấm kính màu có một đặc điểm nổi trội là khả năng xuyên quang và có độ bóng cao. Chính nhờ vào tính năng đó mà tạo tranh trên kính cộng hưởng với các nguồn sáng, màu sắc đã mang lại hiệu ứng lạ, nổi bật và có sức thu hút thị giác. Để tạo hình tấm kính, trong lịch sử phát triển có rất nhiều phương pháp. Ban đầu, kéo thổi khối thủy tinh thành ống rỗng, tạm giữ ống ở trạng thái dẻo trong khuôn. Sau đó ở trạng thái này người ta cắt ống theo đường sinh rồi trải ống đó trên mặt phẳng và ép cho nó giãn ra ở nhiệt độ biến mềm. Phương pháp cán tạo tấm có cán gián đoạn trên mặt bàn kim loại, cán liên tục qua hai trục. Đến nay, công nghệ kéo kính phẳng trong bể thiếc nóng chảy đã nâng cao chất lượng kính tấm lên rất nhiều. Tuy nhiên do đặc thù và yêu cầu của trang trí kính nghệ thuật, kính tấm vẫn được tạo hình bằng phương pháp thủ công. Thuỷ tinh màu được nấu chảy và hạ đến nhiệt độ tạo hình, được múc bằng gáo kim loại chịu nhiệt đổ rải lên mặt bàn. Quả lô quay sẽ cán khối thuỷ tinh lỏng thành tấm mỏng với chiều dày theo yêu cầu. Tiếp theo dùng xẻng hoặc kìm để gắp tấm kính đưa vào lò ù gián đoạn hoặc liên tục. Sản phẩm kính màu sau đó sẽ được gia công cắt mài cho phù hợp với yêu cầu làm tranh. Với mosaic thuỷ tinh có thể sử dụng keo gắn hoặc các chất kết dính silicat khi ốp lát trên tường, trần hoặc sàn công trình. Mosaic thuỷ tinh có thể được sản xuất theo phương pháp nén, thuỷ tinh ở trạng thái nóng chảy được rót vào khuôn sau đó được nén dưới áp lực của máy ở nhiệt độ biến mềm thành dạng viên nhỏ hình vuông hay chữ nhật tuỳ theo kích thước và hình dạng khuôn. Sau đó cũng được đem ủ trong lò gián đoạn hoặc liên tục. Một phương pháp khác để tạo ra mosaic thuỷ tinh đó là gia công tận dụng những mảnh kính thừa khi cắt các tấm kính lớn. Các mosaic sử dụng cho trang trí 5 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc nghệ thuật đa phần đều là mosaic thuỷ tinh màu. Cũng có thể sử dụng thuỷ tinh trắng sau đó phủ màu cho tác phẩm. Ưu điểm của loại mosaic phủ màu này là tính đa dạng và phong phú về màu sắc tuy nhiên nhược điểm là không có độ bền màu vĩnh cửu như đối với loại thuỷ tinh màu. III. Tổng quan tình hình nghiên cứu, sản xuất trong nước và nước ngoài III.1. Trên thế giới Mosaic thủy tinh dùng cho trang trí nội ngoại thất, làm tranh mỹ thuật đã được nghiên cứu sản xuất và sử dụng ở nước ngoài từ nhiều năm nay. Đặc biệt ở những nước có nền văn hoá, công nghiệp phát triển như Mỹ, Nhật, Pháp, Đức, Trung Quốc, vv... Các sản phẩm mosaic bằng thủy tinh của nước ngoài thường được tạo thành những sản phẩm có kích thước từ 25 x 25 x 4 mm; 50 x 50 x 5 mm; 100 x 100 x 5 mm với nhiều màu sắc khác nhau. Khi sử dụng, tùy theo thiết kế của các kiến trúc sư khi trang trí nội ngoại thất ngôi nhà, hay các họa sĩ khi vẽ các bức tranh nghệ thuật mà chúng ta chọn các sản phẩm mosaic để gắn ghép cho phù hợp thiết kế. Với các sản phẩm mosaic bằng thủy tinh do phải tiếp xúc với môi trường năng mưa khi trang trí ngoại thất, hay những bức tranh cổ động treo ngoài trời. Vì vậy, yêu cầu kỹ thuật đối với các sản phẩm này là vừa phải có độ bền nhiệt, vừa bền cơ và bền hóa phù hợp với điều kiện thời tiết của nơi sử dụng, các sản phẩm ngoại nhập đã đáp ứng được hầu hết các yêu cầu trên. III.2. Trong nước Tại Việt Nam cũng có khá nhiều công ty trang trí nội thất, mỹ thuật sử dụng sản tranh kính hoặc các thiết kế sử dụng mosaic thủy tinh. Tuy nhiên đa phần các sản phẩm mosaic bán trên thị trường đều có nguồn gốc nhập ngoại và có giá thành tương đối cao như các sản phẩm của công ty Gạch thuỷ tinh mosaic Hoàng Phát, công ty Art glass... Các công ty như Havali, công ty kính 6 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc Đáp cầu thuộc tập đoàn Viglacera cũng sản xuất và cung cấp mặt hàng này, tuy nhiên tính cạnh tranh và chất lượng cũng chưa hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu của thị trường và so với sản phẩm nhập ngoại. Hiện nay, ở nước ta chưa có một đề tài nghiên cứu nào về vật liệu mosaic thuỷ tinh cho trang trí mỹ thuật. Khi đề tài thành công sẽ tạo ra sản phẩm thay thế hàng nhập ngoại. Hi vọng sự thành công, hoàn thiện của đề tài sẽ tạo ra một loại sản phẩm mới cho xã hội hoàn toàn do Việt Nam sản xuất, đa dạng hóa các sản phẩm trong trang trí nội ngoại thất và sản xuất tranh mỹ thuật. 7 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc PHẦN II: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU I. Cơ sở lý thuyết I.1. Môzai thủy tinh trong kiến trúc xây dựng Hiện nay thủy tinh được sử dụng nhiều trong những công trình xây dựng. Thủy tinh là một trong những vật liệu xây dựng có khả năng đáp ứng những yêu cầu mới của kiến trúc vì thủy tinh có nhiều tính chất quý như trong suốt, độ bền cơ cao, ít dẫn nhiệt, bền lâu, có nhiều màu sắc khác nhau. Ngoài ra đối với thủy tinh người ta có thể tạo hình bằng nhiều phương pháp cũng như gia công bằng cơ và hóa được. Bởi vậy từ thủy tinh có thể làm ra nhứng sản phẩm có hình dạng và bề mặt khác nhau. Sản xuất thủy tinh kiến trúc xây dựng là một ngành mới mẻ quan trọng của kỹ nghệ thủy tinh và bao gổm nhiều loại sản phẩm theo yêu cầu sử dụng trong kiến trúc xây dựng. Những sản phẩm thủy tinh được dùng trong xây dựng để xây tường, lát tường, tường ngăn, sàn gác trần nhà, lợp mái…Ngoài ra chúng còn được sử dụng như một vật liệu trang trí trong kiến trúc và làm đẹp mỹ thuật Yêu cầu đối kỹ thuật đối với thủy tinh dùng trong kiến trúc và xây dựng là những cầu kiện bằng thủy tinh dùng trong xây dựng cần độ bền cơ cao, độ bền nhiệt, bền hoá. Bởi vì những cấu kiện này chịu nén, uốn và có thể bị va đập, ngoài ra còn chịu tác động của môi trường, nhất là đối với những loại gạch bằng thủy tinh xây tường, những chi tiết làm thủy tinh bê tông cốt thép, ngói… Thủy tinh lá lắp kính của cũng cần độ bền cơ nhất định bảo đảm dộ bền khi tác dụng của gió và ứng suất xuất hiện trong những cầu kiện. Độ bền hóa đạt yêu cầu trong điều kiện tác dụng của những yếu tố khí quyển. Độ thấu 8 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc quang cao. Với thủy tinh in hoa phải đạt độ khuếch tán cao, độ thấu quang giảm. Đối với thủy tinh cốt thép cần có độ bền cơ cao và khi bị vỡ không bắn thành những mảng ra ngoài. Thủy tinh làm gạch lát, ngoài những yêu cầu như trên còn có yêu cầu cao về độ đồng nhất và độ đồng đều của màu sắc. Thủy tinh hút nhiệt và hút những tia sáng khác nhau thường được nhuộm màu. Chúng có khả năng hút chọn lọc những tia sáng trong phạm vi hồng ngoại, tử ngoại hoặc phạm vi khác của quang phổ, hoạc có độ hút những tia bức xạ nhiệt cao. Đối với thủy tinh nghệ thuật kiến trúc cần đạt yêu cầu quan trọng nhất là có giá trị về kiến trúc và nghệ thuật trang trí, đồng thời cũng phải đạt những tính chất hóa lý cần thiết (độ bền cơ và hóa…) và cần chú ý đến sản xuất. Bởi các loại sản phẩm này rất nhiều, thành phần hóa học và phương pháp gia công chúng đặc biệt khác nhau, do vậy khó cơ khí hóa được. Vật liệu thuỷ tinh dùng trong xây dựng kiến trúc có nhiều loại. Để sử dụng cho trang trí kiến trúc, mỹ thuật chủ yếu là các loại gạch, kính màu, tấm lát, các tấm lát có kich thước nhỏ bé hay còn được gọi là môzai thuỷ tinh. a) Gạch thủy tinh - Gạch rỗng thủy tinh: được tạo nên từ 2 nửa của hình ép trong có chứa không khí. Mặt ngoài của gạch phẳng hoặc có gân còn bề mặt trong có những lăng trụ tam giác song song với nhau (thấu kính hay lăng kính) có tác dụng tăng độ khuếch tán ánh sáng. Những lăng trụ tam giác này được phân bố sao cho khi ghép lại chúng trực giao với nhau. Có nhiều loại gạch rỗng thủy tinh được phân chia theo hình dạng, tính chất quang học, kết cấu và màu sắc. 9 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc - Thấu kính thủy tinh ép: là khối hình trụ hoặc chữ nhật có trọng lượng 2 – 6 kg chiều cao từ 30 – 100 mm, đường kính 100 – 200 mm và dày từ 20 – 50 mm. - Lăng kính thủy tinh ép: có kích thước 150 x 100 mm, 150 x 200 mm… dùng để làm vật liệu lợp của panel thủy tinh bê tông cốt thép dạng cong hay phẳng. Chúng có khả năng nội phản xạ toàn phần do đó đạt hiệu ứng khúc xạ và nhiễu xa tốt. - Tấm thủy tinh ép: có nhiều kích thước khác nhau 300 x 300 mm, 225 x 225 mm, 165 x 165 mm, 75 x 75 mm…Chiều dày 6 – 8 mm và trên bề mặt có gân (thường ở dạng awlng kính 4 mặt và cgi tiết của panel thủy tinh bê tông cốt thép để ;àm sàn gác, mái cũng như lát nền) Những chi tiết để làm panel thủy tinh có thể không màu nhưng đôi khi được nhuộm màu nhạt để tăng hiệu quả trang trí. Chúng có tính chất liên hợp cả về cơ, quang và cách nhiệt tốt. Độ thấu quang từ 40 – 75 %, cường độ khếch tán ánh sáng đạt đến 60%, do vậy các chi tiết đó không trong suốt và không thể nhìn qua được. Tùy hình dạng và kích thước khác nhau chúng có thể khuếch tán ánh sáng khác nhau hoặc phân bố đồng đều hoặc theo những hướng nhất định. Phòng có tường bao che bằng gạch tấm thủy tinh như vậy thì không cần phải rèm hoặc bất kỳ biện pháp cho kính nào khác.[2] Gạch thủy tinh rỗng trong chứa không khí hoặc hút chân không đều có tính chất cách nhiệt cao. Để tăng tính chất cách nhiệt của gạch, phần rỗng cùa nó phân làm 2 ngăn, giữa chúng được ngăn cách bằng một lớp mỏng bằng vải hoặc nỉ thủy tinh. Trên bề mặt thủy tinh do vậy sẽ giảm được sự ngưng tụ hơi ẩm đặc biệt cho những phòng có độ ẩm tương đối cao. Tính chất cơ học: Cường độ chịu nén gạch theo hướng tác dụng mặt ngang khoảng 200 – 220 kg/cm2 theo hướng mặt bên khoảng 60 kg/cm2 Cường độ chịu nén và uốn cũng khoảng 60 kg/cm2 Ngoài ra gạch thủy tinh còn có độ chịu nhiệt, cách âm tốt, không thấm nước, ngăn khí và bụi bặm. [2] 10 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc b) Kính nhiều lớp Kính nhiều lớp có từ 2 hay nhiều lá thủy tinh được ghép kín lại giữa chúng tạo khoảng không gian chứa không khí kho, bông, xỉ thủy tinh hoặc những vật liệu khác. Khoảng cách giữa hai lớp từ 3 – 5 mm. Chiều dày lớp bông xỉ 0.5 – 3mm. Kính nhiều lớp làm từ những lá thủy tinh trong suốt có vân hoa, có cốt thép và hút nhiệt hoặc từ những lá thủy tinh tôi và thủy tinh ba lớp. Chiều dày mỗi lá 2 – 6 mm ứng với chiều dày gạch 19 – 27 mm. Giữa các lá ghép lại với nhau nhờ khung bằng gỗ, nhựa cao su hoặc kim loại (nhôm, chì). Cũng có thể không ghép bằng các vật liệu mà người ta uốn vuông góc rồi ghép lại với nhau nhưng khi thế độ bền cơ kém hơn. Loại kính này thường có một buồng không khí hoặc 2 hay nhiều hơn.[2] Loại kính này có độ dẫn nhiệt bé, so với kính thường giảm đén 2 lần . Độ trong suốt cao và cách âm tốt nên trong xây dựng thay gỗ làm vật liệu bao che và ngăn cách các phòng. Ngoài ra độ bền cơ của nó cao gấp 2 lần kính thường. Loại kính bằng những lá thủy tinh có vân hoa hoặc trong có lớp bông xỉ thủy tinh thì khuếch tán ánh sáng tốt và độ thấu quang giảm. Loại kính ghép bằng những lá thủy tinh hút nhiệt thì có tính chất ngăn những tia hồng ngoại. c) Kính màu Kính màu trong kiến trúc xây dựng có nhiều loại khác nhau. Phân loại trên phương pháp nhuộm màu có: kính màu toàn phần và kính màu không toàn phần (còn gọi là kính tráng màu). Kính tráng màu là loại kính 2 lớp. lớp cơ bản không màu còn lớp khác có màu chiều dày từ 0.3 – 1.5 mm. Phân loại theo đặc tính màu có kính màu trong và kính màu đục. Tùy theo yêu cầu nghệ thuật kiến trúc kính có màu khác nhau thường là xanh đậm, tím, xanh lá ma, xanh da trời, đỏ, vàng, trắng đục… 11 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc Sản xuất kính màu gặp khó khăn nhiều hơn là kính không màu. Vì quá trình nấu thủy tinh màu là một quá trình phức tạp đòi hỏi chế độ kỹ thuật ổn định chính xác như điều chỉnh nhiệt độ áp suất của lò nấu cũng như chế độ nạp liệu và việc dùng mảnh để nấu lại. Một trong những tính chất cơ bản của kính màu là độ dẫn nhiệt kém nên khi làm lạnh lớp ngoài đóng rắn nhanh hơn lớp trong rất nhiều. bởi vậy trong quá trình tạo thành bằng kính, loại có chiều dày bé được nguội đều hơn và chóng đóng rắn hơn loại có chiều dày lớn. Do tính chất này nên để sản xuất kính màu có chiều dày lớn thì người ta không dùng phương pháp kéo đứng mà dùng phương pháp cán liên tục. Bằng phương pháp kéo đứng thì sản xuất kính màu hoặc kính tráng màu có chiều dày dưới 4 mm. Còn phương pháp cán sản xuất kính màu đục có chiều dày từ 4 – 10 mm hoặc lớn hơn, loại này gọi là kính Mác lít.[2] Kính màu có rất nhiều úng dụng trong nghệ thuật kiến trúc để trang hoàng. Kính màu trong dùng lắp nơi cần ánh sáng . Kính tráng màu có lớp màu dày làm những tấm lát. Kính tráng màu có lớp mỏng hơn cho những nơi càn ánh sáng đi qua. Kính màu đục dùng để sản xuất những panel và những cấu kiện xây dựng khác nhau, làm vật liệu bao che và lợp đồng thời làm những vật liệu lát tường ngoài và tường trong của những tòa nhà lớn hoặc các phòng riêng của nhà. d) Tấm lát bằng thủy tinh Các tấm ốp tường bằng thủy tinh sử dụng kính tráng màu và kính màu đục. Những tấm lát này có kích thước tương đối lớn và có nhiều loại khác nhau 150 x 150mm, 200 x 200mm, 250 x 250mm, 200 x 400mm… Từ những loại kính tráng màu và kính màu đục sản xuất ra đem cắt thành những tấm kích thước xác định rồi mài cạnh của chúng, các tấm lát bằng kính tráng màu thường dùng để lát mặt trong tường nhà còn ,mặt ngoài sử dụng các tấm kính màu đục. 12 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc Tấm lát bằng kính tráng men: Loại kính trên bề mặt nó có bao phủ một lớp men trắng hay men màu với chiều dày 0.1 – 0.5mm. Tấm lát loại này không trong suốt, bề mặt ánh và phẳng phiu. Hệ số giãn nở nhiệt của men và thủy tinh phải bằng nhau. Thường tốt hơn cả là laoij men titan có độ phản xạ lớn khi chiều dày lớp men là 0.1mm. Để sản xuất kính tráng men người ta đem cắt kính thành những tấm có kích thước nhất định, sau đó đem rửa và sấy trong thiết bị rửa sấy. Kính sau đó được tráng một lớp men sống trên bề mặt và sấy trong khoảng thời gian 7 – 10 phút ở nhiệt độ 110 – 120oC. Những tấm này được nung sau đó đem ủ. Tấm lát thảm: Là loại có kích thước bé nhỏ: 20 x 20mm hoặc lớn nhất là 100 x 100mm, chiều dày từ 3 – 5mm. Những tấm này được cắt từ những thủy tinh màu trong hoặc đục được dùng trong nghệ thuật kiến trúc gắn các hình tượng trang trí. Các tấm khảm thủy tinh được sản xuất theo hai phương pháp: phương pháp cán và phương pháp dập. Công nghệ cán phát triển mạnh mẽ hơn và cho phép chế tạo các tấm có kích thước hình học khác nhau từ thủy tinh mờ màu trắng hoặc có màu.. Các kích thước của tấm khảm thủy tinh phổ biến là 20 x 20mm, ngoài ra còn có các loại khác 10 x 10mm, 40 x 40mm, 30 x 30mm, 15 x 30mm… Trong trường hợp riêng có thể sản xuất các viên góc và các tấm khảm tròn. Các tấm khảm thủy tinh được sử dụng rộng rãi trong kiến trúc hiện đại dùng để ốp đường viền các tòa nhà, các phòng tắm, các bể bơi, các cột trụ cũng như ốp mặt ngoài các tòa nhà các trung tâm thương mại, hành chính…Yêu cầu đối với các loại tấm khảm thủy tinh không những về độ bền làm cho vật liệu ốp, bảo vệ tốt các tòa nhà bởi các tác động của khí quyển mà còn về yêu cầu của vật liệu trang trí nghệ thuật, đáp ứng được các yêu cầu của kiến trúc hiện đại. I.2. Các phương pháp tạo hình sản phẩm thủy tinh I.2.1. Các tính chất quyết định khả năng tạo hình của thủy tinh 13 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc a) Độ nhớt: Khác với các chất rắn khác, thủy tinh thủy tinh chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái rắn thường trong một khoảng nhiệt độ rộng. Nó đóng rắn dần dần, độ nhớt tăng từ giá trị thấp đến cao khi nhiệt độ giảm. Khoảng biến đổi độ nhớt rộng này của thủy tinh tạo khả năng tạo hình vạn năng của nó. Khoảng tạo hình của thủy tinh nằm trong khoảng nhớt 103 – 108p. Quá trình biến đổi độ nhớt theo nhiệt độ được biểu thị bằng đường cong nhớt. So sánh đường cong nhớt của các loại thủy tinh khác nhau ta thấy: Có những loại thủy tinh cùng nhiệt độ bắt đầu tạo hình ứng với η=103p nhưng nhiệt độ kết thúc tạo hình ứng với η=108p là khác nhau. Trong kỹ thuật tạo hình người ta nói thủy tinh nào có khoảng nhiệt độ tạo hình nhỏ là thủy tinh “ngắn” và ngược lại là thủy tinh “dài”. So sánh nhiệt độ bắt đầu tạo hình của các loại thủy tinh khác nhau ta còn có khái niệm thủy tinh “cứng “, thủy tinh “mềm”. Thủy tinh gọi là “ cứng” khi nhiệt độ bắt đầu tạo hình của nó cao và ngược lại. Những thủy tinh gọi là “cứng” có thể có cùng khoảng nhiệt độ tạo hình với thủy tinh gọi là “mềm” nhưng thời gian tạo hình của nó sẽ ngắn hơn vì nó đóng rắn nhanh hơn. Ta biết nhiệt độ thủy tinh giảm do nó bức xạ nhiệt ra môi trường xung quanh dưới dạng tia hồng ngoại có bước sóng 2-4µm. Thủy tinh ở nhiệt độ cao bức xạ nhiệt càng nhanh, càng chóng giảm nhiệt độ, độ nhớt tăng nhanh.[1] Tuy đường cong nhớt chỉ có giá trị thống kê và so sánh nhưng để chọn phương pháp tạo hình thích hợp người ta không thể bỏ qua. Phương pháp tạo hình thủ công nói chung không yêu cầu nghiêm ngặt về thành phần thủy tinh. Mồi thủy tinh ra lấy ở nhiệt độ cao hơn so với phương pháp tự động, sau đó người thợ có thể lăn, ép trên thiết bị tạo hình để làm lạnh cưỡng bức đưa thủy tinh về độ nhớt thích hợp. Đối với sản phẩm phức tạp phải dùng loại thủy tinh dài để người thợ có đủ thời gian và điều kiện tạo hình, chắp nối cúng với nhau. 14 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc Độ nhớt của thủy tinh giúp ích rất lớn cho người thợ tạo hình bằng phương pháp thổi. Độ nhớt ở dây đóng vai trò như máy điều hòa tự động chiều dày sản phẩm.Chỗ nào mỏng trên sản phẩm sẽ phát nhiệt nhanh, độ nhớt tăng nhanh nên có khả năng chống lại sự kéo căng của lực thổi. Chỗ nào trên sản phẩm dày, nhiệt độ sẽ cao,độ nhớt nhỏ sẽ dễ bị kéo mỏng ra . Nhờ vậy mà người thợ thủy tinh có thể thổi các bình cầu, ống hình trụ có chiều dày mỏng mà rất đồng đều. Trong quá trình tạo hình bằng phương pháp ép các sản phẩm có kích thước và khuôn ép phức tạp, thủy tinh phải tiếp xúc với một diện tích lớn bề mặt khuôn và chày ép nên mau hạ nhiệt độ; vì vậy phải dùng thủy tinh “dài”. Phương pháp sản xuất tự động hóa bằng máy, thủy tinh phải đóng rắn nhanh để sản phẩm sớm lấy ra khỏi khuôn và tránh được biến dạng. b) Sức căng bề mặt và vai trò của nó trong quá trình tạo hình: Sức căng bề mặt của thủy tinh thông thường ở 12000C khoảng 0,250,32N/m tức 250-320dyn/cm. Thủy tinh lỏng do tác dụng của sức căng bề mặt cố gắng chiếm thể tích hình cầu nhỏ nhất. Nhờ vậy mà có thể tạo giọt trong máy cung cấp giọt, nhờ nó mà mồi thủy tinh trên đầu ống thổi có dạng hình cầu tự nhiên không cần khuôn mẫu. Nhờ nó mà bề mặt sản phẩm sau gia công trên lửa bóng tuyệt đối. Cũng nhờ sức căng bề mặt mà sản phẩm thủy tinh sau khi cắt có cạnh sắc nhọn ta chỉ việc đưa vào lửa ở nhiệt độ thích hợp sẽ tù và bóng loáng.[1] Nhưng sức căng bề mặt cũng có tác dụng không tốt đến quá trình tạo hình như khi kéo kính tấm do sức căng bề mặt làm băng kính dần dần co thắt và đứt. Khi thổi và ép trong khuôn mẫu, thủy tinh co lại khó chui vào các chi tiết phức tạp làm sản phẩm không vuông thành sắc cạnh được. c) Nhiệt độ trong quá trình tạo hình: Sau khi tách khỏi thủy tinh và bị đưa ra ngoài, mồi hay phôi thủy tinh bị nguội đi rất nhanh. Do đấy người thợ hoặc máy tạo hình phải hoạt động phù hợp với sự tăng độ nhớt của phôi thủy tinh. Ngược lại cũng phải khống chế 15 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc chặt chẽ chế độ nhiệt độ để đảm bảo hoạt động bình thường cẩu người và đặc biệt là của thiết bị tạo hình. Khoảng nhiệt độ tạo hình phải nằm ngoài khảng kết tinh mạnh của thủy tinh. Muốn thế phải chọn thành phần thủy tinh thích hợp cho từng phương pháp gia công. Ngoài việc chú ý đến tính chất “dài, ngắn” của mỗi loại thủy tinh còn phải chú ý đến cả tốc độ thay đổi độ nhớt theo thời gian (tốc độ đóng rắn). Thông số này phụ thuộc vào: hệ số nhiệt độ của dộ nhớt, kích thước và hình dáng sản phẩm và khả năng bức xạ của thủy tinh.[1] d) Khuôn tạo hình: Để sản phẩm có chất lượng cao, bề mặt bóng nhẵn thì khuôn phải có chế độ nhiệt thích hợp. Khuôn quá nóng sẽ dính, khuôn quá lạnh thủy tinh đóng rắn nhanh và bề mặt xấu dễ nứt. Tùy theo đặc điểm của phương pháp tạo hình mà chất lượng bề mặt và chế độ nhiệt của khuôn có ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt sản phẩm. Khuôn thổi ít ảnh hưởng đến sản phẩm hơn khuôn ép và khuôn cán vì vì khi cho phôi thủy tinh để thổi vào khuôn, bề mặt phôi đã tương đối cố định nên chịu được sự tiếp xúc với mặt khuôn, đồng thời trong quá trình thổi nhiệt độ lớp trong và lớp ngoài thủy tinh không chênh lệch nhau nhiều quá; thủy tinh kéo ra tương đối đều đặn và hầu như các điểm trên bề mặt sản phẩm tiếp xúc cùng một lúc với bề mặt khuôn. Trong khi đó sản phẩm ép và cán không có các điều kiện ấy nên bề mặt sản phẩm thường có những vết rạn nhỏ và những chỗ gồ ghề. Khuôn phải được làm bằng vật liệu dễ gia công để đảm bảo tính chính xác, chịu được nhiệt độ cao, bền nhiệt, bền hóa, bền cơ, chiều dày đồng nhất. Các yêu cầu này phụ thuộc vào phương pháp tạo hình chất lượng sản phẩm.Thường dùng gang, thép, có trường hợp tráng thêm lớp hợp kim đặc biệt. Có thể dùng khuôn gỗ, loại này gia công dễ, chính xác , rẻ tiền nhưng độ chính xác mất dần, thời gian sử dụng ngắn. Khuôn gốm cường độ cơ học nhỏ 16 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc nên ít dùng. Vật liệu chịu lửa được dùng để là thuyền, phao kéo kính tấm hay làm ống kéo ống. Chiều dày khuôn có ảnh hưởng đến sự phân bố nhiệt trong khuôn. Thực tế người ta hay áp dụng phương pháp đốt nóng hay làm lạnh khuôn để tạo ra một chế độ nhiệt thích hợp như nhúng khuôn vào nươc (thổi thủ công) Thổi không khí vào khuôn hoặc làm lạnh bằng nước tuần hoàn (bàn cán, trục cán, lõi ép…). Cũng có thể dùng biện pháp thay đổi chế độ làm việc của khuôn bằng cách bố trí khuôn luân phiên. Muốn tăng chất lượng bề mặt sản phẩm có thể áp dụng phương pháp quay sản phẩm trong khuôn (làm cho bề mặt sản phẩm không gồ ghề, nhiệt độ phân bố đều) và bôi trơn trong khuôn. Chất bôi trơn thường là dầu có nhiệt độ bốc cháy cao và bột than có tác dụng vừa giảm ma sát giữa khuôn và thủy tinh vừa tăng khả năng truyền nhiệt. I.2.1. Các phương pháp tạo hình thủy tinh Điểm đặc trưng của ngành sản xuất thủy tinh là có có rất nhiều phương pháp tạo hình như: đúc, ép, cán, kéo và đặc trưng là phương pháp thổi. Thực tế không có loại vật liệu nào khác ngoài thủy tinh có nhiều phương pháp tạo hình đến như vậy. Đối với công nghệ sản xuất tấm khảm, mô zai thủy tinh, người ta chủ yếu dùng phương pháp cán và phương pháp ép dập. Để làm những tấm lát thủy tinh cũng có thể cắt mài các tấm kính lớn thành những viên nhỏ kích thước thích hợp. a) Tạo hình bằng phương pháp cán: - Cán gián đoạn: dùng để sản xuất các tấm thủy tinh đặc biệt như thủy tinh quang học, thủy tinh màu, thủy tinh đục… Thủy tinh được nấu trong các nồi có dung tích >1tấn. Khi cán người ta cẩu cả nồi thủy tinh đã được làm lạnh đến nhiệt độ tạo hình ra khỏi lò và đổ lên bàn cán rồi dùng trục cán. Trục có gờ để đảm bảo chiều dày. Phương pháp cán giữa 2 trục ưu điểm hơn, thủy tinh được làm lạnh đều hơn, thời gian thủy tinh tiếp xúc với kim loại ngắn hơn 17 B¸o c¸o nghiªn cøu khoa häc nên chất lượng bề mặt khá hơn. Tuy nhiên cả 2 phương pháp này đều cho năng suất thấp. - Cán liên tục: Dùng sản xuất các tấm thủy tinh trong suốt, kính in hoa, kính có cốt thép với năng suất lớn.Thủy tinh lỏng sau khi đã đạt yêu cầu chảy từ lò vào máng tràn rồi đi vào giữa các trục cán hoặc giữa bàn cán với trục cán cán thành băng kính và liên tục đưa vào hầm ủ, sau đó được cắt thành từng tấm. Với phương pháp sản xuất này, băng kính được tạo hình ở nhiệt độ khá cao khoảng 110012000C trong thời gian ngắn nên khả năng kết tinh của thủy tinh không phải là mối đe dọa đáng kể như các phương pháp kéo. Dùng thủy tinh ngắn thích hợp. Năng suất cao gấp 5-10 lần phương pháp kéo (trừ kéo nổi). Nhược điểm của phương pháp này là khó sản xuất loại kính có chiều dày <3mm và sau khi cán xong phải qua quá trình đánh nhẵn bề mặt. b) Tạo hình bằng phương pháp ép: Đây là phương pháp tạo hình thủy tinh rất cổ điển sản xuất ra các vật phẩm chính xác đơn giản. Có năng suất cao, không đòi hỏi người thao tác quá lành nghề nên sẩn phẩm rẻ hơn nhưng phạm vi sử dụng có bị hạn chế. Phương pháp này dùng để tạo hình các sản phẩm rỗng, hình dạng sản phẩm phải phù hợp để ép có nghĩa là sản phẩm không được phình ra ở phía dưới và trên mặt trong của thành biên sản phẩm không được có những chỗ lồi ra lõm vào. Mặt ngoài của sản phẩm có thể có chỗ lồi lõm vì khuôn ép có thể tách ra làm đôi. Trong phương pháp này thủy tinh nằm thành lớp mỏng, việc truyền nhiệt cho bề mặt khuôn nhanh nên độ chảy thủy tinh chóng mất. Độ nhớt tăng nhanh, sức căng bề mặt cũng tăng nhanh nên thủy tinh khó len vào các góc cạnh của khuôn, hình dạng sản phẩm không được sắc nét. Bề mặt sản phẩm ép thường bị hỏng vì tiếp xúc với khuôn. 18