لماذا يُستخدم الزجاج في العديد من المجالات الصناعية ؟

مادة الزجاج أصبحت جزء هام جداً في أغلب الصناعات والأنشطة اليومية، فقد باتت تستخدم في كل شيء تقريباً بداية من واجهات المباني والمنازل إلى عدسات النظارات الطبية، وذلك لأنها سهلة التشكيل نوعاً ما كما يُمكن التحكم في خصائصها من ناحية المقاومة ومعامل الانكسار وحتى إضافة بعض الألوان والخامات الأخرى إليها، لكن متى تم اكتشاف هذه المادة لأول مرة؟ وكيف يتم تصنيعها؟ ولماذا أصبحت من أهم وأشهر المواد الصناعية حالياً؟

لماذا يُستخدم الزجاج في العديد من المجالات الصناعية؟

بداية اكتشاف الزجاج

• تقول بعض الأساطير أن أول من اكتشف الزجاج كانوا مجموعة من البحارة، حين أشعلوا النيران عندما رسوا على أحد الشواطئ التي تحتوي رمالها على مادة السيليكا، أدت الحرارة الناتجة إلى ذوبان السيليكا وظهور سائل شفاف لامع، فكانت بداية اكتشاف الزجاج.
• يُذكر أن العديد من الحضارات القديمة تمكنت من استخدام الزجاج في العديد من الصناعات منها الحضارة الفرعونية، حيث تمكن الفراعنة من صناعة الخزف عن طريق صهر الرمال مع الصودا الكاوية واستخدموه في صناعة الأواني والحلي، كما استخدمه الرومان في صناعة النوافذ كي يسمح بدخول ضوء الشمس للمنازل مع حمايتهم من الظروف الجوية القاسية، لكن الألواح التي استخدموها لم تكن نقية أو على درجة عالية من الشفافية.
• وجدت أيضاً بعض النوافذ الزجاجية في العديد من الكنائس التي تعود للقرن السابع، لكن لم يُصبح استخدامه شائعاً إلا في القرن السابع عشر.

خصائص الزجاج

• يتميز الزجاج بشفافيته العالية جداً حيث يسمح بنفاذ كافة الأشعة الضوئية دون حجب أي منها مهما كان لونه، بالإضافة إلا أن له عامل انكسار مرتفع يتغير بتغير نوع الزجاج ويكون أعلى ما يمكن في زجاج الرصاص.
• يتميز أيضاً بصلابته الشديدة، فهو يتكون في البداية من مادة سائلة شفافة ليس بها أي بلورات ثم يتحول تدريجياً إلى الصلابة كلما انخفضت درجة الحرارة، لكن في مرحلة ما يكون مادة لينة لها لزوجة عالية ما يُسهل عملية تشكيله وصقله.
• بمجرد أن يتحول للمادة الصلبة يصعب إذابته مرة أخرى؛ وذلك لأنه يُقاوم كل المحاليل الكيميائية تقريباً ما عدا حمض الفلوردريك، والذي يسبب إذابته وانحلاله.

المواد المستخدمة في صناعة الزجاج

• الرمل

  يتم استخدام الرمل لاستخراج حمض السيليكون والذي يُعتبر المكون الأساسي للزجاج، يجب اختيار الرمال المستخدمة بعناية مع مراعاة نسب السيليكا بها، فيجب ألا تقل عن 80% بالإضافة للانخفاض نسب الشوائب، في الغالب لا يتم استخدام رمال الكوارتز لارتفاع تكاليف الحصول عليها.

• أكسيد الصوديوم

  جزء هام في صناعة الزجاج، فمركبات الصوديوم تعمل على خفض درجة الحرارة اللازمة للانصهار.

• الكلس

  يُساعد على إكساب الزجاج مزيداً من الصلابة لاحتوائه على أكسيد السيليكون.

• البوراكس

  تساعد على تقوية الزجاج وزيادة معدل تمدده فيكون مقاومة لتغيرات الحرارية المفاجئة كالتسخين أو التبريد المفاجئ.

مراحل صناعة الزجاج

• أولاً الصهر

  فيها يتم إذابة الرمال التي تحتوي على مادة السيليكا مع الصودا الكاوية والحديد وأي مواد أخرى تدخل في تكوينه، يتم ذلك في أفران حرارية فتتكون مادة سائلة متوهجة تكون المادة الأولية لتصنيع الزجاج.

• التشكيل

  المرحلة التالية حيث يتم وضع المادة المنصهرة التي تكونت في قوالب خاصة كي يتم تشكيلها وفقاً للشكل المطلوب إما أواني أو كؤوس أو نوافذ ..إلخ، وكل قالب له خصائص معينة تسمح بإعطاء السمك والحجم المطلوب مع تفريغ الزجاج من الهواء تماماً، فاحتواء المنتج على أي فقاعة هوائية تُضعفه وتجعله عرضة للكسر مع أبسط استعمال.

• التبريد

  يتم بعد ذلك تبريد القوالب إما بطرق يدوية في الصناعات البدائية أو عن طريق استخدام الأجهزة الالكترونية الحديثة مثل أفران التبريد وآلات النفخ الصناعية، وبذلك يقل الوقت اللازم كي يتحول الزجاج من حالته السائلة إلى الحالة الصلبة.

• الصقل والإنهاء

  فيها يتم تهذيب الزجاج وإزالة أي زوائد وصقل النهايات حتى لا تكون حادة فتؤذي المستخدم، ثم يتم تصنيفها وتجهيزها كي تخرج للأسواق.

كيف يتم تلوين الزجاج؟

يتم تلوين الزجاج عادة بإضافة بعض أكاسيد المعادن ذات الألوان المميزة في مرحلة الصهر، فاللون الأصفر مثلاً يكون بإضافة أيون الحديد الثلاثي، اللون الأخضر يكون بإضافة ثاني أكسيد المنجنيز، أما في حالة الزجاج الذي يُستخدم في صناعة الإكسسوارات والمجوهرات فيتم إضافة المعادن النفيسة مثل النحاس والذهب وغيرها.

أنواع الزجاج

• زجاج البيركس

  يُضاف إليه كميات كبيرة من مادة البوراكس، فيكون مقاوم للحرارة بشكل كبير، يُصنع منه أواني الطهي وأكواب الشاي والقهوة وغيرها من الأواني التي تتعرض للحرارة باستمرار.

• الزجاج الصوّاني

  يتم استخدمه في صناعة المجوهرات والأحجار الصناعية لاحتوائه على نسب عالية من الأكسيد، وبعض أنواعه تستخدم في الأجهزة الكهربية لأنه موصل غير جيد للتيار الكهربي.

• الزجاج الليفي

  وهي عبارة عن ألياف زجاجية يتم استخدامها في صناعة الملابس الحرارية والواقية من الحرائق.

• الزجاج الضبابي

  يتم إضافة بعض المواد الغروية والتي لا تترسب عند تبريد الزجاج وبالتالي تبقى عالقة فتفرق الضوء عند مروره فتصبح الصورة ضبابية غير واضحة.