Gaffer Glasgemenge

In den vergangenen Jahren hat Gaffer® Glass Dutzende verschiedener Natronkalkgläser und bleihaltige Studioschmelzgläser im Hinblick auf Ausdehnungs- und Viskositätseigenschaften ausgewertet. Unsere Aufgabe als Hersteller von Farbgläsern ist es, in irgendeiner Weise für die große Bandbreite existierender Ausdehnungskoeffizienten geeignet zu sein. Anders als Leute, die zum Beispiel mit Pyrex, Bullseye, Spectrum 96, oder Moretti arbeiten, gibt es kein anerkanntes „Musterglas”, auf das Farbglashersteller ihre Gläser abstimmen können. Wir haben uns deswegen dazu entschlossen, unser eigenes „Musterglas“ zu entwickeln.

Unsere sowohl theoretischen als auch physikalischen Untersuchungen zeigten, dass die Glockenkurve der linearen Ausdehnungskoeffizienten der Glasstudios in den USA, Australiens, Neuseelands, Japans und Englands einen Scheitelpunkt von ungefähr 96x10-7 (0-300oC) hatten, wobei die äußeren Grenzen zwischen 94-99,5 lagen.

Viskositätsdaten, basierend auf Lakatos et. al Faktoren1, zeigten ebenfalls große Abweichungen bei Schmelz- und Verarbeitungstemperaturen. Sie reichten von 1290oC (2354oF) in Log 2 (ein Messwert in Poise bei oberen Läutertemperaturen), bis zu 1430oC (2606oF). Natürlich ist nicht davon auszugehen, dass notwendigerweise mit diesen Temperaturen gearbeitet wird, aber um Äpfel mit Äpfeln vergleichen zu können, sind Lakatos Berechnungen aufschlußreich. Die Glockenkurve für die Temperatur in Log 2 Viskosität hatte ihren Scheitelpunkt bei 1370oC (2498oF), wobei ein paar kommerziell erhältliche Glasgemenge noch darüber lagen.

Gaffer® entschloß sich, ein klares Glasgemenge neu zu entwickeln, das die Richtlinien, die wir für wichtig hielten, erfüllen sollte und das Gemenge kommerziell in pelletierter Form durch die Hersteller Philips und Seattle Batch verfügbar zu machen. Die Kriterien, die wir für Studioglas als wichtig erachteten (nicht notwendigerweise nach Priorität geordnet) waren die folgenden: 

Energiekosten

Energiekosten sind einer der größten Fixkostenbeträge, die beim Betrieb eines Glasstudios anfallen. Bei viel zu vielen Glasgemengen, sei es aus kommerzieller oder privater Herstellung, wird den Viskositätseigenschaften nicht genug Aufmerksamkeit geschenkt. Die Viskosität der Schmelze bei oberen Läutertemperaturen bestimmt, wie schnell die Bläschen aus der Schmelze entfernt werden. Eine genau bemessene Menge an Chemikalien kann in Bezug auf die Geschwindigkeit des Schmelzprozesses und der Läuterung einen großen Unterschied ausmachen.

Die Gaffer® Glasgemengerezeptur hat sich darauf ausgerichtet, die theoretische Log 2 Temperatur auf 1325oC (2420oF) zu senken (Spruce Pine 87 im Vergleich liegt bei 1380oC (2516oF)) und die Verarbeitungstemperaturen auf den angenehmeren Bereich von 1080oC (1976oF) zu reduzieren. Tests, durchgeführt in einem freistehenden Hafenofen mit 150 kg (330 lb) Fassungsvermögen, zeigten eine Gasersparnis von 10% beim Betrieb auf 1080oC (1976oF) im Vergleich zu 1150oC (2100oF). Daraus resultieren eine beträchtlich geringere Energiekostenrechnung und weniger Verschleiß der feuerfesten Materialien. Pellets weisen im Vergleich mit rieselfähigen Gemengen eine 15% schnellere Schmelzrate auf. Die durch das Gemenge erzeugten Ersparnisse bei den Energiekosten könnten fast die Gemengekosten decken.


Verarbeitungseigenschaften

Die Rezeptur hat, abgesehen von den niedrigen Verarbeitungstemperaturen, auch eine einigermaßen lange Verarbeitungszeit. Sie läßt sich außergewöhnlich schnell wiedererhitzen, hat eine gute Form und moderate Oberflächenspannung. Egal ob es mit der Abschneidschere beschnitten, mit einem Werkzeug bearbeitet, geformt oder vom Hefteisen abgenabelt wird, handelt es sich um ein sehr nachsichtiges Glas. Es zeigt geringe Tendenz zur Entglasung und verarbeitet sich gut unter der Lampe.


Kompatibilität

Wir erkennen an, dass die Kompatibilitätsstandards für uns von unserer Konkurrenz und bereits weit verbreiteten kommerziellen Gemengen gesetzt werden. Es macht keinen Sinn, König im eigenen Universum sein zu wollen. Trident-Verschmelzungstests2 mit Gaffer® Gemenge, geschmolzen unter kontrollierten Zeit- und Temperaturbedingungen, zeigen keinerlei Verformung zum Beispiel mit Spruce Pine 87, East Bay Regular und Spectrum System 96.

Wir haben dieses Glas acht Stunden lang nach dem letzten Durchsatz bei 1400oC (2550oF) geschmolzen (im Vergleich zu der gewöhnlichen Schmelztemperatur/Zeit von 1310oC/2400oF über sechs Stunden) und sein Wärmeausdehnungskoeffizient sank um nur 0,5 Punkte, was beweist, dass es ein nachsichtiges Glas im Hinblick auf Verflüchtigung ist. Es zeigt nach einer Woche sehr wenig Drift bei Verarbeitungstemperaturen, vielleicht höchstens ½ Punkt. 

Physikalische Eigenschaften3

Ausdehnung: 0-300oC: 96.0 x 10-7
25-300oC: 98.5 x 10-7

Obere Kühltemperatur: 486oC (907oF)
Untere Kühltemperatur: 439oC (822oF)

Beständigkeit

Viele der von uns analysierten Gemenge haben der Beständigkeit nur wenig Aufmerksamkeit geschenkt, wohingegen andere scheinbar etwas übertrieben haben. Aluminium ist der effektivste, preiswerte Wirkstoff, der Glas haltbarer macht. In zu großer Menge bewirkt er jedoch, dass Glas schwieriger zu schmelzen ist. Bei Schmelztemperaturen können 2% Al2O3 die Schmelztemperatur bei gleicher Viskosität um bis zu 35oC (fast 100oF) erhöhen. Gaffer® Glasgemenge enthält eine wesentlich geringere Menge Aluminium, aber ersetzt es mit Zinkoxyd, welches genauso effektiv wie Aluminium in Bezug auf Wasser-, Dampf- und Säurewiderstand ist, aber gleichzeitig die Viskosität/Temperaturen senkt.

Wirkung auf feuerfestes Material und die Umwelt

Das Pelletieren von Glasgemenge hat offensichtliche Vorteile, nicht nur schnelleres Schmelzen, sondern auch fast komplettes Eliminieren von Staub, was zu einer längeren Lebensdauer der feuerfesten Materialen und allgemein niedrigeren Staubwerten im Glasstudio führt. Es muß zur Kenntnis genommen werden, dass einige neuere Gemenge von Glasma und Philips relativ hohe Prozentanteile Bariumkarbonat enthalten, das nicht nur giftig ist, aber in Mengen über 4% auch recht korrosiv auf die Häfen wirkt. Gaffer® Glasgemenge ist relativ ungiftig, da es weder Barium noch Bleioxid enthält. Wir haben uns gegen Fluoridbeifügungen entschieden, die, wenn auch nützlich zum Reduzieren der Viskosität, bei Schmelztemperaturen unbeständig sind und die Korrosion der Häfen und Aufbauten beschleunigen. Fluoride können auch zu giftigen and korrosiven Rauchemissionen beitragen. Gaffer® Glasgemenge erweist sich als ein Glas mit geringer Wirkung unter den Gesichtspunkten Korrosion und Toxizität. Es ist gleichermaßen für elektrische4 oder Gasfeuerung geeignet. 

Footnotes.

1. Viskositäts-/Temperaturdaten wurden zusammengestellt unter Verwendung der Faktoren von 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. 61-65

2. Wir stützen und auf den Trident-Verschmelzungstest für alle Kompatibilitäts- oder thermischen Fehlanpassungstests. Er ist viel akkurater als Fadentests oder Dilatometer. Siehe Hagy H.E., The Trident Seal- A Rapid and Accurate Expansion Differential Test. J. Am. Ceram. Soc. 62 (1972) 60-62

3. Getestet durch Integrex Testing- ein Laborbereich von Owens Corning Inc. Die Tests wurden an frisch geschmolzenem Glas durchgeführt, geläutert nach dem letzten Durchsatz über sechs Stunden bei 1310oC (2390oF) in einem freistehenden Hafenofen.

4. Wir empfehlen aktive Luftspülung um die Schnittstelle zwischen dem Netzeingang und den Elementen oder Elektrodenverbindungen.

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