فرآیند تولید شیشه از جذابترین و در عین حال پیچیده‌ترین فرآیندهای صنعتی است. ترکیب چند عنصر طبیعی ساده یکی از شفاف‌ترین و مقاوم‌ترین محصولات صنعتی و ساختمانی را پدید می آورد. برای درک بهتری این فرآیند باید از مواد اولیه شروع کرده و قدم به قدم تا محصول نهایی برویم.
همه چیز از شن شروع میشود. شن یا همان سیلیس مهمتین ماده‌ی اولیه‌ی شیشه است. بزرگترین سهامدار تولیدی شیشه دی اکسید سیلیسیم است که فراوان در طبیعت و در ماسه‌ها یافت میشود. سیلیسیم حتی یکی از فراوان‌ترین عناصر تشکیل‌دهنده‌ی زمین و کهکشان‌هاست. گویی کسی دوست داشته است که ما شیشه تولید کنیم.
برای تولید شیشه‌ی باکیفیت ناخالصی‌هایی چون آهن و رُس را از ماسه جدا میکنند تا رنگ و شفافیت آن بهبود یابد. در فرآیند تولید از ترکیباتی چون کربنات سدیم یا سودا برای کاهش نقطه‌ی ذوب سیلیس و سنگ آهک برای بهبود مقاومت در برابر آب و رطوبت استفاده میکنند. آلومینا، اکسید منیزیوم و بور نیز از جمله افزودنی‌هایی است که برای شکلدهی خواص فیزیکی و نوری شیشه به کار میرود.
مواد اولیه آماده شده و با نسبت‌های دقیق مورد نظر برای شیشه‌ی مورد نظر، ترکیب میشوند. شیشه‌ی بطری، شیشه‌ی پنجره، شیشه‌ی خودرو و یا شیشه‌های مقاوم هرکدام ترکیب خاصی از این مواد را در خود جای داده اند. بچ یا محموله‌ی ترکیب‌شده‌ی مواد اولیه به سمت کوره راهی میشود. کوره‌ی شیشه بخش اصلی کارخانه است. کورههای شیشه دمایی از ۱۴۰۰ تا ۱۶۰۰ درجه سانتیگراد دارند تا سیلیس ذوب شود. انرژی موردنیاز کوره از گاز طبیعی و برق تامین میشود.
عسل غلیظی که در تصاویر و ویدیوهای کارخانجات شیشه دیده‌اید اینجاست که پدید می آید. حاصل ذوب تدریجی مواد اولیه مایع مذاب شفافی است که هرگونه نوسان دمایی باعث ایجاد حباب و نقص در آن میشود. برای جلوگیری از آسیب به مذاب شیشه دما و جریان حرارتی به دقت مدیریت میشود.
روشهای شکلدهی
هنگامی که مذاب به حالت یکنواختی درآمد، روشهای متنوع شکلدهی شیشه وارد عمل میشود. برای تولید شیشه‌های تخت متداول‌ترین روش، فرآیند float یا فلوت است. بسیار جالب: در این روش شیشه‌ی مذاب خروجی از کوره روی سطحی از قلع مذاب ریخته میشود. چگالی قلع از شیشه بیشتر است، در نتیجه شیشه روی آن شناور مانده و به صورت طبیعی به سطحی صاف و شکلی یکنواخت در می آید. در ادامه صفحه‌ی شیشه‌ای به آرامی از روی قلع عبور کرده و وارد مرحله‌ی خنک‌سازی کنترل شده میشود. در این قسمت تنشهای داخلی شیشه نیز با کاهش تدریجی دمای آن از میان برداشته میشود. سردسازی سرعتی شیشه بدون شک به بقایای تنش میانجامد که نتیجه‌ی آن خرابیست. شکست یا ترک در آینده از جمله‌ی خرابی هاست. مرحله‌ی گفته شده در متالورژی با نام آنیلینگ یا بازپخت شناخته میشود و بسیار حساس است.
تولید بطری، لیوان یا شیشه‌های صنعتی
روش شکلدهی بطری و لیوان و همچنین شیشه‌های صنعتی متفاوت است. شکلدهی بطری تخصص ما کمپرسوری هاست. در تولید بطری شیشه‌ی مذاب در قالبهای فلزی ریخته میشود و با فشار هوا شکل نهایی خود را به دست میاورد. برای شکلدهی الیاف شیشه، مذاب از میان سوراخهای بسیار ریزی عبور داده شده و به شکل رشته‌های نازک و درازی از شیشه پدید می آید. در صنعت خودرو نیز از شیشه‌های خمید و چندلایه استفاده میشود که در قالبهای خاصی شکل داده شده و با ترکیب با لایه‌های پلیمری ایمنی آن افزایش می یابد.
عملیات تقویتی
عملیاتهای حرارتی و شیمیایی برای بعد از شکلدهی تعریف شده اند. این عملیات مقاومت و خواص شیشه را بهبود میبخشد که از جمله‌ی آنها و شاید معروفترین آنها میتوان به فرآیند تمپرینگ یا دما آوایی اشاره کرد. در این روش شیشه ابتدا تا دمای بالایی حرارت میگیرد و سپس به سرعت با هوای سرد خنک میشود. نتیجتا مقاومت مکانیکی شیشه چندین برابر بهبود می یابد. از شیشه‌های تمپر شده در خودرو، حمام و ساختمانهای جدید استفاده میشود و بعد از شکست هم به تکه‌های کوچک و بی خطری تبدیل میشوند. لمینت از جمله دیگر فرآیندهای تقویتی است که در آن لایه‌هایی از مواد پلیمری همچون پلی وینیل بوتیرال یا اتیلن وینیل استات به شیشه چسبانده میشود و در صورت شکستن تکه‌های شیشه در داخل فیلمهای پلیمری اسیر میماند.
نازک کاری شیشه
مراحل بعدی و پایانی بستگی به کاربرد شیشه دارد. بُرش، صیقل و پوشش دهی شیشه را برای تحویل آماده میکند. شیشه‌های ساختمانی را میتوان با فیلمی از لایه‌های بازتاب دهنده پوشاند تا اشعه‌ی فرابنفش مدیریت شود. لایه‌های الکتروکروم یا فوتوکروم به شیشه‌های هوشمند اضافه میشود تا تغییر شرایط نوری به تغییر شفافیت شیشه‌های موبایل و لپتاپ ما بیانجامد. شیشه‌های الکترونیکی عموما بسیار نازک و دقیق هستند.
کنترل کیفیت
کنترل کیفیت یا اصطلاحا کیو سی پساتولید قرار دارد و هر قطعه‌ی تولیدی شیشه یا نمونه‌هایی از قطعات تولیدی برای تست شفافیت، یکنواختی، ضخامت و مقاومت مکانیکی ارسال میشود. کوچکترین حباب یا ترک محصول را از خط خارج میکند و بایستی کل خط به دنبال منشا خرابی چک شود. دوربین‌های هوش مصنوعی و سیستمهای نوری در کارخانجات مدرن وظیفه‌ی بازرسی دقیق را بر عهده دارد.
بسته بندی و ارسال
شیشه‌های اماده بسته بندی شده و مقاصد مختلف ارسال میشود. برخی محصول نهایی محسوب شده و مستقیما به ساختمانها ارسال شده و مصرف میشوند. برخی دیگر برای تولید ظروف، قطعات اپتیکی و نمایشگرها راهی کارخانه‌ی بعدی میشوند. تفاوت عظیم شیشه با همه‌ی مواد دیگر، به ویژه پلیمری‌ها، امکان بازیافت صددرصدی است. شیشه‌های شکسته و دور ریز دوباره به کوره بازمیگردند. فرآیند بازیافت شیشه هیچ کاهشی در کیفیت آن ایجاد نمیکند و استفاده از آنها مناسب است.
کمپرسور هوا در صنایع شیشه
کارخانجات شیشه بدون کمپرسور هوا کاری از پیش نمیبرند. در خط تولید گفته شده نیز چندین مرحله کمپرسور هوا نقش بازی میکند که اولین آنها کمک به آماده سازی مواد اولیه است. مواد خشکی مثل سیلیس، سودا و آهک با کمک کمپرسور هوا منتقل و مخلوط میشوند. سیستمهای بادی یا پنوماتیک بهترین انتخاب برای عملیات بر روی مواد این چنینی است که از گرد و غبار جلوگیری کرده و کنترل عالی را ارائه میدهند. در این مرحله هم کمپرسورهای اسکرو و هم کمپرسورهای پیستونی فشار مورد نیاز را به داخل لوله‌کشی هوای فشرده پمپاژ میکند.
در شکلدهی آشناترین حضور کمپرسور هوا و تکنولوژی هوای فشرده را داریم. مهندسان و دانشجویان مهندسی عموما فرآیندهایی چون بلومولدینگ را یا مشاهده کرده یا شنیده اند. مثلا در تولید بطری یا لیوان، هوای فشرده با فشار دقیقی وارد قالب شده و شیشه‌ی نرم را به شکل بطری یا ظرف در میاورد. دقت فشار و البته دمای هوای فشرده اهمیت دارد تا بطری دچار ضعف ساختاری نشود. کمپرسور اسکرو اویل اینجکت در اینجا و در ترکیب با درایرهای هوای فشرده وظیفه‌ی تامین هوای فشرده‌ی پاک و مطمئن را برعهده دارد.
سیستمهای هوای فشرده برای کورههای مختلف کارخانجات شیشه نیز نقش دمنده را داشته و چه در کوره‌ی ذوب چه در کوره‌ی بازپخت و آنیلینگ از سیستمهای دقیقی با دما و فشار دقیق بهره میبرند. هوای فشار قوی دمیده شده به شیشه‌های تمپر شده نیز از کمپرسور هوا تامین میشود. رطوبت این هوا باید صفر درصد باشد.
کمپرسور هوا و هوای فشرده در بخشهای دیگر تمامی کارخانجات نقش دارد. کارخانجات تولید شیشه نیز از این قاعده مستثنی نبوده و کنترل شیرهای پنوماتیک، جک‌ها، سیستمهای بسته بندی، باز و بست دربهای اتوماتیک ماشین آلات، جداسازی و شستشو همه و همه مدیون کمپرسور هواست. در کارخانجات تولید شیشه‌ی مدرن صدها اپراتور پنوماتیکی پیوسته و به موازات یکدیگر کار میکند.
آزمایش کیفی و کنترل مقاومت یا نشت بطری‌ها نیز نیازمند هوای فشرده است. جریان هوایی با فشار مشخصی به داخل بطری دمیده میشود تا ترک و نشتیهای احتمالی شناسایی شود. تعمیر و سرویس و نگهداری خط تولید در همه‌ی کارخانجات میتواند از خدمات کمپرسور هوا برای پاکسازی حین عملیات بهره ببرد.
