پیشینه صنعت شیشه سازی
پیشینه صنعت شیشه سازی
نخستین شیشهای که پدید آمده همان شیشههایی بوده که در طبیعت به ویژه در منطقههای آتشفشانی به وجود آمدهاست، شیشهٔ ابسیدین احتمالاً توسط مردمان دوران سنگی استفاده میشده و به دلیل محدودیت منابع آن و نیازی که به ابزارهای بُرنده وجود داشته، به گستردگی در سراسر جهان آن روزگار، داد و ستد میشدهاست. به هر روی، باستان شناسان بر این باورند که احتمالاً نخستین شیشه در ناحیهٔ ساحلی سوریهٔ امروز، میانرودان یا مصر باستان ساخته شدهاست.شیشه در حدود ۳۶۰۰ سال پیش از میلاد در مصر ساخته شدهاست.شیشههای کهن نور را از خود عبور نمیدادند و به علت نا خالصیهای موجود در آنها، رنگی به نظر میرسیدند. کهنترین شیشهای که تاکنون پیدا شده، خرمُهرهای مربوط به نیمهٔ هزارهٔ سوم پیش از میلاد است و احتمالاً به صورت تصادفی در هنگام فلزکاری (سرباره) یا ساختن سفال، پدید آمدهاست.
شیشه به عنوان یک ابزار تجملاتی باقیماند و فروپاشیها و رویدادهایی که در پایان عصر برنز رخ داد باعث توقف گسترش شیشه شد. گسترش بومی روشهای ساخت شیشه در آسیای جنوبی در حدود ۱۷۳۰ پیش از میلاد آغاز شد.در چین باستان ساخت شیشه نسبت به سرامیک و فلز احتمالاً آغاز دیرتری داشته. در امپراتوری روم، ابزارهای شیشهای در منطقههای مسکونی، صنعتی و مراسم خاکسپاری پیدا شدهاست.
شیشه به صورت گسترده در قرون وسطی کاربرد داشتهاست. از سدهٔ ۱۰ اُم به این سو، شیشه به صورت رنگی در معماری اسلامی جایگاه ویژهای یافت و سپس در کلیساهای معمولی و جامع مورد استفاده قرار گرفت. کلیسای سن-دنی و کلیسای جامع شارتر دو نمونهٔ شناخته شدهٔ این کاربرد است. تا سدهٔ ۱۴ ام میلادی معماران به استفاده از شیشههای رنگی برای ساختمانها روی آوردند مانند بنای سن-شپل در پاریس (۱۲۰۳ تا ۱۲۴۸)[۲۲] با آغاز رنسانس و دگرگونی معماری کاربرد شیشههای رنگی بزرگ کم شد و کاربرد آن در خانههای مردمی بیشتر شد. با پیشرفت دانش و فن این شیشهها ارزانتر شدند و کاربرد آنها همگانی تر و البته امکان تولید ارزان آنها در قالبهای بزرگ فراهم شده بود. در سدهٔ ۱۹ ام میلادی و همراه با معماری گوتیک نوین، نگاه تازهای به شیشههای رنگی شد.
در سدهٔ ۲۰ میلادی گونههای تازهای از شیشه به صورت لایه لایهای، مسلح (مقاومسازی شده) و آجری به بازار آمد که کاربرد شیشه در ساختمانسازی را افزایش داد. ساختمانهای چند طبقه بیشتر از دیوار پردهای که تقریباً به تمامی از شیشه است، ساخته شدهاند. در آغاز شیشه به دلیل نداشتن واکنش با آب و به عنوان ظرف کاربرد داشت اما در پایان سدهٔ میانی ویژگیهای نوری آن بیشتر مورد توجه قرار گرفت و تولید عدسی، ابزارهای ستارهشناسی و پس از آن ابزارهای پزشکی و دانش، گسترش یافت.
در سدهٔ ۱۹ میلادی در روشهای باستانی تولید شیشه، به ویژه شیشههای نقش برجسته دگرگونیهایی پدید آمد. این تغییر روش برای نخستین بار از زمان امپراتوری روم پدید میآمد و بیشتر در طرحهای نوکلاسیک دیده میشد. در جنبش هنر نو از این شیشهها به فراوانی بهره برده شد. با گذشت زمان کمکم کارگاههای کوچک شیشههای هنری در همه جا دیده شد.
شیشه در ایران
این بخش به هیچ منبع و مرجعی استناد نمیکند. لطفاً با افزودن یادکرد به منابع قابل اعتماد برطبق اصول تأییدپذیری و شیوهنامهٔ ارجاع به منابع، به بهبود این بخش کمک کنید. مطالب بدون منبع ممکن است به چالش کشیده و حذف شوند.
قدیمیترین شیشه طبیعی در ایران متعلق به هزاره دوم پیش از میلاد است. نمونههایی از هزاره دوم تا مقارن میلاد مسیح شامل عطردانها، النگوها، تندیسها و کاسهها و تنگهای متعدد بهدست آمدهاست. در حفاریهای چغازنبیل مربوط به دوره پیش از تاریخ، بطریهایی شیشهای یافت شدهاست، که نشان از وجود شیشه در عیلام کهن دارد.
از تمدن مارلیک مهرههای شیشهای که عمر آنها به ۳۴۰۰ سال پیش میرسد، پیدا شدهاست. همچنین ظروف شیشهای مایل به شیری در کاوشهای لرستان بهدست آمدهاست. از زمان هخامنشیان آثار شیشهای در دست نیست.
کاربرد شیشه در دورهٔ اسلامی به اوج خود رسید. در شهرهای بزرگ آن روزگار از جمله دمشق و قاهره کارگاههای زیادی به ساخت شیشه اشتغال داشتند و فنون بسیاری در ساخت شیشه کشف شد که بعدها شیشه گران ونیز و فلورانس از آن استفاده کردند. در دورهٔ سلجوقی و تا زمان هجوم مغول، افزارها و ظروفهای بسیار زیبای شیشهای از کورههای شیشهگری گرگان بیرون میآمد که به نازکی کاغذ و گاه مینایی و گاه تراشیده و کندهکاری شدهاست. روزگار سلجوقی اوج صنعت شیشهگری در ایران محسوب میشود. که تحت تأثیر شیشهگری دمشق بود. فراوردههای شیشهای این دوران بیشتر شامل ظروف کوچک و بزرگ، عطردانهای بسیار ظریف، جامها و گلدانهایی با فرمها و اندازههای متنوع و اشیاء تزئینی کوچک بهشکل حیوانات و … است. در دورهٔ مغول در ایران رونق شیشهسازی از میان رفت و در عوض در این عهد سفالگری و کاشیکاری رونق یافت.
در دورهٔ تیموری رواج شیشهگری قابل توجهاست. شیشهگرانی از قاهره و دمشق به ایران آمدند و مشابه شیشههای آنجا به ایران آمد. در این دوره دو شهر سمرقند و شیراز از مراکز عمده شیشهسازی در ایران بودند. از این زمان به بعد این هنر روی به انحطاط نهاد تا زمان شاه عباس که با ساختن چراغهای مساجد و بطریها این هنر دوباره زنده شد. شاهعباس شیشهگران ونیزی را که در این دوران به مهارت بالایی رسیدند، برای احیای این صنعت به ایران آورد. در نتیجه شیشهگری در دوره صفوی رونق دوباره یافت. گاه شیشه را با دمیدن به درون قالب میساختند و گاه شیشه را میتراشیدند تا بهشکل جواهر در آید یا نقوشی روی آن میکندند؛ و گاهی نیز شیشه را با نقوش درخشان، مینایی و طلایی میکردند. در این دوره کارگاههای شیشهسازی در شهرهای مختلف ایران از جمله اصفهان، شیراز و کاشان دایر شد.
در فاصلهٔ بین سلطنت سلسله صفویه و قاجاریه هنر و صنعت شیشهگری در ایران از لحاظ سیر تکاملی پیشرفتی نداشتهاست و تا اواخر سلسله قاجاریه و بعد از آن بهتدریج ضعیفتر شدهاست. با ورود شیشه به قیمت ارزانتر و مرغوبتر به بازار ایران، کمکم این صنعت رو به انحطاط نهاد.
شیشههای سیلیکاتی و کاربرد آن
شیشههای سیلیکاتی بیشتر شفافاند از این رو کاربرد فراوانی دارند از آن جمله میتوان به کاربرد فراوان آنها در صنعت ساختمان و در و پنجرههای شیشهای اشاره کرد. هرچند امروزه بیشتر از آن به عنوان روکش مواد دیگر استفاده میشود چون میتواند هر شکلی را به خود بگیرد. کاربرد دیگر شیشه، استفادهٔ سنتی آن به عنوان کاسه، گلدان، بطری و … است. اگر شیشه صلبتر باشد در تولید تیله، تسبیح و وسایل تزئینی شیشهای کاربرد پیدا میکند. شیشه میتواند بازتابنده یا شکنندهٔ نور باشد این ویژگیها میتواند با برش یا جلا به دست آید و در تولید عدسی، منشور یا ظرفهای بلوری کاربرد داشته باشد. همچنین با کمک نمکهای فلزی میتوان به شیشه رنگ داد یا آن را رنگآمیزی کرد. این توان باعث کاربرد فراوان شیشه در کارهای هنری و شیشههای رنگی شد. شیشه با اینکه شکننده است اما بسیار پایدار است، عمر برخی از شیشههای یافت شده به دوران آغازین ساخت شیشه بازمیگردد.
شیشههای سیلیکاتی
مواد سازنده
سیلیسیم دیاکسید (با ترکیب شیمیایی SiO۲) پایهایترین مادهٔ سازندهٔ شیشه است. در طبیعت، در اثر برخورد آذرخش با ماسه واکنش شیشهشدگی کوارتز رخ میدهد که در نتیجهٔ آن یک ساختار توخالی (لولهای) ریشه مانند، به نام سنگ آذرخشی پدید میآید.
شیشهٔ سیلیسی که در درجهٔ نخست از سیلیس ساخته شدهاست به دلیل داشتن دمای انتقال بالای ۱۲۰۰ درجهٔ سانتیگراد، برای کاربردهای ویژهای مورد نیاز است اما برای عموم چندان کاربرد ندارد[۵] به همین دلیل چند مادهٔ خام دیگر هم به ترکیبات آن افزوده میشود تا فرایند ساخت را آسانتر کند. یکی از این مواد سدیم کربنات (Na۲CO۳) است که دمای انتقال شیشه را پایین میآورد. سدیم کربنات باعث میشود تا شیشه در آب قابل حل شود، برای جلوگیری از این ویژگی مقداری آهک (اکسید کلسیم CaO) که از سنگ آهک به دست میآید، به همراه اکسید منیزیم (MgO) و آلومینا (Al۲O۳) به آن افزوده میشود تا شیشه پایداری بیشتری پیدا کند. شیشه در نهایت از ۷۰ تا ۷۴ درصد وزنی سیلیس ساخته شدهاست و شیشه آهک سوددار نام دارد.اینگونه از شیشه ۹۰ درصد از شیشهٔ تولیدی را دربرمیگیرد.
بیشتر شیشههای در دسترس مواد خام دیگری هم دارند تا ویژگیهای آنها اندکی تغییر کند برای نمونه شیشهٔ کریستال و برخی گونههای بلور، نسبت به شیشههای معمولی درخشانتراند چون دارای ضریب شکست، پاشش نوری و بازتاب بالاتریاند. افزودن باریم باعث افزایش ضریب شکست میشود. دیاکسید توریم به شیشه ضریب شکست بالا و پاشش نوری پایین میدهد درگذشته از اینگونه شیشه در ساخت عدسیهای با کیفیت بالا بهره برده میشد اما به دلیل واپاشی هستهای کاربرد آن متوقف شد و با اکسید لانتان جایگزین شد.[نیازمند منبع] افزودن آهن به شیشه باعث میشود تا شیشه بتواند انرژی فروسرخ را جذب کند این ویژگی در فیلترهایی که باید گرما را جذب کنند مانند نورافکنهای فیلمبرداری مورد نیاز است. همچنین اکسید سریم (IV) باعث میشود تا شیشه طول موجهای فرابنفش را جذب کند.
در ادامه فهرستی از پرکاربردترین شیشههای سیلیسی، مواد سازنده و کاربرد آنها آمدهاست:
شیشهٔ سیلیسی: سیلیس (SiO۲). دارای انبساط گرمایی بسیار پایین، بسیار سخت و پایدار در برابر دماهای بالا (۱۰۰۰ تا ۱۵۰۰ درجهٔ سانتیگراد) و مقاومترین در برابر سرد و گرم شدن. این شیشه مناسب کار در دماهای بالا است مانند: لولههای کوره، بوتههای آهنگری (ذوب فلزات) و …
شیشهٔ آهک سوددار: ۷۲٪ سیلیس + ۱۴٫۲٪ اکسید سدیم (Na۲O) + منیزیم ۲٫۵٪ + آهک ۱۰٫۰٪ + آلومینا ۰٫۶٪. شفاف، به آسانی شکل میپذیرد و بهترین گزینه برای شیشهٔ پنجره است. انبساط گرمایی بالایی دارد و پایداری کمی در برابر گرما (۵۰۰ تا ۶۰۰ درجهٔ سانتیگراد). کاربرد در پنجره، ظرفهای شیشهای، حباب روشنایی (لامپ) و شیشهٔ لوازم دکوری موجود در خانه مانند شیشهٔ میز و …
شیشهٔ سدیم بوروسیلیکات، پیرکس: ۸۱٪ سیلیس + ۱۲٪ اکسید بور + اکسید سدیم ۴٫۵٪ + آلومینا ۲٫۰٪. پایدارتر از شیشهٔ پنجره در برابر انبساط گرمایی است و به عنوان شیشههای آزمایشگاهی، شیشههای آشپزی، چراغ خودرو و … کاربرد دارد. شیشه بوروسیلیکات (مانند پیرکس) هم همین مواد خام اکسید بور و سیلیس را دارد دارای ضریب انبساط گرمایی نسبتاً پایینی است (۳٫۲۵×۱۰–۶/°C برای پیرکس[۸] در مقایسه با ۹×۱۰-۶/°C برای شیشهٔ آهک سوددار) به همین دلیل ابعاد آنها بسیار پایدار است و البته به دلیل انبساط گرمایی کمتر دچار تنش میشوند در نتیجه در برابر گرمای ناگهانی کمتر آسیب پذیرند. کاربرد آنها در وسایل آشپزخانه، ابزارهای نوری و شیشههای نگهدارندهٔ دارو و مواد شیمیایی است.
شیشهٔ بلور: سیلیس ۵۹٪ + اکسید سدیم ۲٫۰٪ + اکسید سرب ۲۵٪ + اکسید پتاسیم ۱۲٪ + آلومینا ۴٪ + اکسید روی ۱٫۵٪. دارای ضریب شکست بالا، بسیار درخشان دیده میشوند؛ ویژگی کشسانی بالایی دارند و میتوان از آنها ابزارهای شیشهای حلقه مانند درست کرد. در کارخانهها کاربرد دارند اما پایداری چندانی در برابر گرما ندارند.
شیشهٔ آلومینوسیلیکات: سیلیس ۵۷٪ + آلومینا ۱۶٪ + اکسید بور ۴٪ + اکسید باریم ۶٪ + اکسید منیزیم ۷٪ + آهک ۱۰٪. کاربرد فراوان در ساخت فایبرگلاس، ساخت شیشههای مقاوم شده با پلاستیک (قایق، چوب ماهیگیری و …) و حباب لامپهای هالوژن.
شیشهٔ اکسیدی: آلومینا ۹۰٪ + اکسید ژرمانیم ۱۰٪. شیشهای بسیار شفاف؛ کاربرد در خطهای شبکهٔ فیبر نوری، در یک کیلومتر طول تنها ۵٪ از شدت نور از دست میرود.
مادهٔ سازندهٔ دیگر برای شیشه، شیشههای بازیافت شده است. این شیشهها در مواد خام و انرژی صرفه جویی میکنند اما ناخالصیهای موجود در آنها میتواند باعث ضعف محصول شود. عاملهایی مانند سدیم سولفات، سدیم کلرید یا تریاکسید آنتیموان به شیشه افزوده میشوند تا شمار حبابهای هوای موجود را کم کنند.
ویژگیهای فیزیکی شیشه
ویژگیهای نوری
مهمترین دلیل تولید شیشه ویژگی شفاف بودن آن در برابر طول موجهای مرئی است نقطهٔ مقابل شیشه مواد چندبلوری است که نور مرئی را از خود عبور نمیدهند.سطح شیشه معمولاً هموار است چون هنگام تشکیل، مولکولهای بسیار سرد شدهٔ مایع دیگر مجبور نیستند هندسهٔ بلورهای سخت را به خود بگیرند بلکه نیروی کشش سطحی باعث شکل گرفتن آنها میشود و به صورت میکروسکوپی سطحی هموار بدست میآید. این ویژگیها باعث شفافیت و درخشندگی شیشه میشود و حتی در شیشههای رنگی (که نور را جذب میکنند) هم قابل مشاهده است.
شیشه این توان را دارد تا نور را بشکند، آن را بازتاب کند و بدون اینکه نور دچار پراکندگی شود برپایهٔ نورشناسی هندسی آن را از خود بگذراند. این ویژگیها در ساخت عدسی و پنجره مورد نیاز است. شیشههای معمولی ضریب شکستی نزدیک به ۱٫۵ دارند. بر پایهٔ معادلههای فرسنل، بازتاب یک ورق شیشه در محیط معمولی و در هوا، نزدیک به ۴٪ در یکای سطح است و گذر نور از آن برای یک جزء (دو روی سطح) نزدیک به ۹۰٪ است. کاربرد دیگر شیشه در الکترونیک نوری است برای نمونه فیبر نوری.
دیگر ویژگیها
در فرایند تولید شیشهٔ سیلیسی این امکان وجود دارد که آن را مذاب کرد، در قالب ریخت و دوباره از قالب بیرون آورد و از هندسهٔ صاف و ساده تا شکلهای پیچیده به آن بخشید. محصول نهایی شکننده و آسیبپذیر خواهد بود مگر اینکه لایه لایه بر روی آن کارهای ویژه صورت گیرد. اما به هر حال ماندگاری شیشه در بیشتر شرایط بسیار بالا است، بسیار آهسته دچار خوردگی و فرسایش میشود و در برابر واکنشهای آب و حملههای شیمیایی پایدار است به همین دلیل مناسبترین گزینه برای نگهدارندههای مواد شیمیایی و خوراکی است.
