Technologie skla 2002/03
Hospodářská fakulta
CVIČENÍ 4 1. Představení firmy Splintex Czech 2. Vlastnosti skla a skloviny 3. Aditivita 4. Příklady výpočtů 1. Představení firmy Splintex Czech a.s. [1,2] Firma Splintex Czech je součástí světového výrobce autosket Splintex. Je to divize specializovaná na výrobu automobilových skel, která díky svým závodům v Belgii, Francii, Itálii, České republice a Rusku je významným dodavatelem originálních skel. Splintex distribution je zaměřena na trh náhradních dílů. Každý rok je více než 33 milionů čelních, bočních, zadních a střešních bezpečnostních auto-skel ze Splintexu instalováno do nových automobilů v celé Evropě. Splintex Czech je jedním z největších exportérů v České republice. Postupně se stal velkým, kvalitativně ověřeným, spolehlivým a respektovaným dodavatelem pro všechny významné výrobce automobilů. Společnost se stále více orientuje na dodávky autoskel s přidanou hodnotou. Výrobcům dodává kompletní montážní celky s řadou přídavných dílů (profily, držáky, antény kolektory, těsnění, …). a) Vyráběný sortiment Splintex Czech je zaměřen výhradně na výrobu autoskel. Vyrábí od sérií několika kusů po statisícové série určitého typu skla. Dodává autoskla světovým výrobcům osobních a užitkových automobilů jako je: VOLKSWAGEN, FIAT, RENAULT, PEUGEOT, BMW, AUDI, MERCEDES, NISSAN, CITROEN, OPEL, HONDA, TOYOTA, MITSUBISHI, SUZUKI, atd. Klíčovým odběratelem v ČR je ŠKODA AUTO a.s. (podílí se na vývoji A-5). Vyrábí také autoskla pro nákladní automobily a autobusy (IVECO, TATRA, KAROSA-RENAULT, atd.) b) Vlastnická struktura Splintex je automobilovou divizí skupiny Glaverbel, jednoho z vedoucích výrobců skla v Evropě. Vlastnická struktura skupiny Glaverbel byla uvedena na minulém cvičení. c) Historie společnosti Na rozdíl od mateřské společnosti Glaverbel Czech, která vznikla na základech společnosti Sklounion reprezentující několik výrobních závodů z různou historií, má závod společnosti Splintex Czech jasnou historii sahající do počátku 20. století. 1906 - vznik podniku na koksování a zplynování hnědého uhlí (vlastníkem podniku je Dr. Weinmann) 1925 - zahájení provozování hutě na zrcadlové lité sklo 1933 - výroba je rozšířena o bezpečnostní tvrzená skla 1945 - znárodnění Weinmannových závodů -znovuzahájení provozu sklárny po skončení 2. světové války 1950 - vytvoření samostatného národního podniku Chudeřické sklárny 1957 - výstavba kalicí pece na výrobu ohýbaných tvrzených skel -znovuzahájení výroby tvrzeného skla, zahájení hromadné výroby pěnového skla 1973 - ukončení výroby zrcadlového skla klasickou technologií 1991 - majetkový vstup společnosti Glaverbel Belgie, závod se stává součástí akciové společnosti Glavunion Teplice a dochází k rozdělení na dva samostatné závody -Thorax a Glavostav 1994 - organizační změna závodu Thorax na odštěpný závod Thorax v souvislosti s posílením samostatného zajištění obchodních a výrobních aktivit v oblasti autoskel 1997 - transformace o. z. Thorax na samostatnou akciovou společnost Splintex Czech znamená další rozšíření kompetencí této složky obchodní skupiny autoskel 1998 - integrace evropské části automobilové divize PPG Industries Inc. do skupiny Glaverbel, znamenající rozšíření obchodního i výrobního potenciálu české části Splintex Czech a. s. o nové zákazníky, technologie a zkušenosti 1999 - zapojení Splintex Czech a.s. do celoevropské aktivity na trhu náhradních dílů autoskel v rámci divize Splintex Distribution Europe -vzniká obchodní a výrobní část Splintex Distribution, Splintex Czech získal ocenění 3. místo v soutěži Exportér roku 1999 v kategorii Nárůst exportu 1993-98 2000 - další zvyšování výkonnosti a proexportní orientace se projevila ve vítězství v soutěži Exportér roku 2000 v kategorii Nárůst exportu 1993-99 2001 – dokončení přestěhování výrobního provozu Speciální Connex (výroba autoskel pro trh náhradních dílů) z Řetenic do Chudeřic, významná investice do rozšíření výroby bočních skel a výroby čelních skel pro trh náhradních dílů – společnost získala od státu investiční pobídku pro roky 2001-05 ve formě slevy na dani až do celkové výše 50% hodnoty investic. Opětovné vítězství v soutěži Exportér roku 2001 v kategorii Nárůst exportu 1993-2000. d) Základní finanční ukazatele Rok 2001 znamenal rekordní výši prodeje této společnosti. Vzhledem k vysokému podílu exportu se na hospodářských výsledcích negativně projevuje posilování koruny, zdražování některých surovin a služeb a investice do výroby. Naopak pozitivně se projevuje pokles úrokových sazeb. Společnost i přes negativní vlivy v roce 2001 zvýšila výrobu, tržby i produktivitu práce. Základní hospodářské ukazatele jsou uvedeny v tab. 1. 1
Technologie skla 2002/03
Hospodářská fakulta 5
Tržby celkem
Produktivita práce (mil. Kč/zam.)
1997 1998 1999 2000 2001 2040 2382 2873 3115 3376
Tržby na zaměstnance 3.173 3.267 3.780 4.279 4.575 Tržby export
1054 1281 1810 1903 2133
Zisk po zdanění
-272 59
165
-32
-71
Oběžná aktiva
616 741
923
1147 1014
Aktiva celkem
1831 2216 2351 2535 2584
Vlastní jmění
642 701
866
834
763
Počet zaměstnanců
643 729
760
728
738
4.5 4 3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 1992
Tab. 1: Základní finanční ukazatele v mil. Kč
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
Obr. 2: Vývoj produktivity práce (mil. Kč/zam.)
3500
Česká republika 36%
3000
Tržby (mil. Kč)
2500 2000 1500 1000
Západní Evropa 59%
500 0 1992
1993
1994
1995
1996
1997
1998
1999
2000
2001
Střední a východní Evropa
Obr. 1: Vývoj tržeb (mil. Kč)
Obr. 3: Teritoriální struktura prodeje
e) Význam společnosti z národohospodářského hlediska Společnost Splintex Czech je stejně jako její mateřská společnost Glaverbel firmou se značným pozitivním vlivem na zaměstnanost v regionu a jeho přímou a nepřímou podporu. Stejně jako v předchozím roce se této společnosti podařilo obhájit prvenství v soutěži Exportér roku 2001 v kategorii Nárůst exportu 1993-2000. Potvrdila tak svojí dynamičnost a pružnost na světových trzích. 2. Vlastnosti skla a skloviny [3,4] Vlastnosti skloviny: • Viskozita, • Povrchové napětí, • Krystalizační schopnost. Vlastnosti skla: • Hustota, • Mechanické vlastnosti: o Pevnost – ovlivněno především existencí mikroskopických trhlinek na povrchu skla (Griffithovy defekty), které vznikají při tvarování. To má za následek také 10x větší pevnost v tlaku než v tahu a 2x větší pevnost v ohybu než v tahu. • Tepelné vlastnosti: o Tepelná roztažnost – dilatační křivka, o Tepelná odolnost, o Tepelná vodivost, o Měrná tepelná kapacita, • Elektrické vlastnosti (některé mají také aditivní charakter): o Elektrická vodivost, o Dielektrické vlastnosti (především permitivita a dielektrické ztráty), o Elektrická pevnost – pevnost vůči průrazu izolantu, • Optické vlastnosti: o Odraz na optickém rozhraní, o Lom na optickém rozhraní, o Pohlcení (absorpce) záření, o Rozptyl záření o Dvojlom, o Interference. 2
Technologie skla 2002/03
•
Hospodářská fakulta
Chemická odolnost.
3. Aditivita Pro řadu řešení technických problémů je nezbytná znalost určitých vlastností skla a jejich závislostí. Nejčastěji se setkáváme s vlastností skla jako funkcí jeho chemického složení. Ke kvantitativnímu vyjádření vztahů mezi vlastnostmi skel a jejich chemickým složením slouží ADITIVITA. Aditivita je v současné době považována za obecnou metodu studia závislosti vlastností skla na jeho chemickém složení. Pro zjednodušení lze sklo považovat za soustavu jednotlivých oxidů zastoupených v něm v určitém vzájemném poměru. Princip aditivního výpočtu se v tomto případě redukuje na zjištění, jak je který oxid kvantitativně ve skle zastoupen (hmotnostní nebo molární procenta) a v jaké míře ovlivňuje uvažovanou vlastnost (aditivní faktor oxidu). Pokud je znám příslušný empirický vztah, lze vlastnost jednoduchým způsobem vypočítat. Na tomto místě je třeba uvést, že tabelované aditivní faktory nezahrnují obvykle celý rozsah chemického složení studovaných skel, ale jsou stanoveny pro určité okrajové podmínky. Mimo tyto meze je výpočet méně přesný. Tedy pravidlo aditivity je možné použít pro stanovení určité vlastnosti za těchto podmínek: 1. Musíme znát složení skla v hmotnostních % nebo molárních %, tedy musíme znát kvantitativní zastoupení jednotlivých oxidů. 2. Musíme znát příslušný faktor ovlivnění pro každý oxid ve skle, tedy jak moc daný oxid ovlivňuje studovanou vlastnost. 3. Je třeba znát příslušný vztah pro studovanou vlastnost. 4. Musíme znát okrajové podmínky (meze platnosti daného vztahu), které mohou být dány složením příslušných oxidů nebo například i teplotou. Kromě aditivního způsobu výpočtu lze použít jiný, principiálně odlišný mechanismus, založený na využití regresních vztahů (viz výpočet dynamické viskozity) pro přímý výpočet vlastností. Ke stanovení příslušných regresních koeficientů je však nutno na základě plánovaných faktorových pokusů předem pro určitou oblast chemického složení skel tato skla připravit a hodnoty příslušných vlastností experimentálně stanovit. 4. Příklady výpočtů 4.1 Výpočet povrchového napětí Povrchové napětí je vlastností skloviny. Projevuje se jako síla působící na hmotné částice povrchu kapaliny kolmo na jednotku délky směrem dovnitř ve snaze vytvořit těleso, které by mělo za daného objemu minimální povrch – kouli. V technologii se s účinky povrchového napětí setkáváme v oblasti tavení, čeření, dávkování, -1 tvarování a tepelného zušlechťování skla. Nemá zvláštní jednotku, označuje se γ a má rozměr N/m (N.m ). Častěji se používá jednotky odvozené 1000x menší, tedy mN/m odvozené ze vztahu jednotka síly . γ = jednotka délky
Povrchové napětí není příliš ovlivněno teplotou (viz obr. 5 v [3]), čehož se využívá např. při jeho experimentálním stanovení vláknovou metodou. Pro výpočet povrchového napětí je možno využít pravidla aditivity, je tedy funkcí chemického složení skla. Ze známých oxidů zvyšují povrchové napětí např. CaO, MgO, naopak snižují K2O, PbO, B2O3. Následující vztah pro výpočet aditivity je platný pro skla s obsahem SiO2 nad 50 molárních procent: a1 f1 a 2 f 2 a f a f + + ... + n n ∑ i i M1 M2 M n1 Mi γ = = an ai a1 a2 + + ... + ∑ M1 M 2 Mn Mi γ ….. povrchové napětí; ai …. hmotnostní procento oxidu ve skle; Mi … molekulová hmotnost; fi ….. aditivní faktor i-tého oxidu. Tabulka aditivních faktorů SiO2 TiO2 Al2O3 MgO CaO BaO ZnO Fe2O3 Na2O K2O PbO B2O3 290 250 580 520 510 470 450 490 295 * * * * Hodnoty jsou proměnné, velmi malé, i záporné. 4.2
Výpočet hustoty – měrné hmotnosti (Bailli) Hustota látky se vyjadřuje podílem hmotnosti m a objemu V a označuj se obvykle ρ
ρ=
m . V
3
-3
Jednotkou je kg/m (kg.m ). Hustota skla je závislá na jeho chemickém složení a proto lze použít pravidla aditivity pro výpočet hustoty pro dané složení skla. Pro sklo obsahující 67 až 76 % hmotn. SiO2 lze vypočítat hustotu o při 20 C pomocí aditivního empirického vztahu:
3
Technologie skla 2002/03
d= kde
a1 + a 2 + ... + a n a1 f1
+
a2 f2
+ ... +
an fn
Hospodářská fakulta
=
o
100
∑
ai fi
3
d … hustota skla při 20 C v g/m ; ai … hmotnostní procento oxidu ve skle; fi … aditivní faktor i-tého oxidu.
Tabulka aditivních faktorů SiO2 Al2O3 CaO MgO PbO Na2O K2O 2,24 2,75 4,30 3,25 10,30 3,20 3,20 4.3
Výpočet lineárního součinitele teplotní roztažnosti (English a Turner): Teplotní roztažnost představuje změnu rozměrů tělesa při jeho zahřátí. Nejčastěji se jedná o délkovou roztažnost. Střední lineární součinitel délkové teplotní roztažnosti je definován vztahem
α stř = α t −t = 1
2
L2 − L1 1 . L1 t 2 − t1
[C o
−1
]
; K −1 ,
kde
L1 a L2 je počáteční a konečná délka, t1 a t2 je počáteční a konečná teplota. o Vyjádřeno slovy udává α stř o kolik se prodlouží tyčinka jednotkové délky při zahřátí o 1 C kdekoliv uvnitř teplotního intervalu t1 až t2. Jednou z důležitých charakteristik skla je jeho dilatační křivka, která udává průběh teplotní roztažnosti jako funkci teploty (obr. 7 v [3]). Teplotní roztažnost je možno měřit pomocí dilatometrů, pro její výpočet lze vycházet z pravidla aditivity. Výpočet α je možno provést např. podle vztahu (English, Turner): 7
kde
α.10 = a1f1 + a2f2 + … + fnan = ∑ aifi α … lineární součinitel teplotní roztažnosti; ai … hmotnostní procento oxidu ve skle; fi ... aditivní faktor i-tého oxidu.
Tabulka aditivních faktorů SiO2 Al2O3 MgO CaO PbO Na2O K2O 0,05 0,14 0,45 1,63 1,06 4,32 3,90 o
o
Aditivní faktory platí pro teplotní rozsah 0 až 100 C. Na rozsah 20 až 300 C, v němž je vyjadřování α obvyklé, se převede vypočtená hodnota vynásobením číslem 1,08. 4.4
Výpočet optických vlastností (Děmkinová) α Lom světla je možno definovat jako změnu směru a rychlosti světelného paprsku při jeho průchodu optickým rozhraním. Matematicky lze hodnotu lomu vyjádřit jako poměr sinu úhlu dopadu paprsku a monochromatického světla a sinu úhlu lomu téhož paprsku: sin α n= sin α I Index lomu závisí na chemickém složení skla a na vlnové délce světla. S rostoucí vlnovou délkou se hodnota indexu lomu snižuje. Proto se bílé denní sklo při průchodu sklem rozkládá na jednotlivé složky a vytváří spojité barevné spektrum. Tento jev se nazývá disperze nebo také rozptyl. To se vyjadřuje nejčastěji pomocí střední disperze nebo Abbého čísla. Empirický aditivní vztah byl odvozen pro výpočet indexu lomu, střední disperze a Abbého čísla
K = kde
a1 k 1 S1 a1 S1
+ +
a2k2 S2 a2 S2
+ ... + + ... +
ankn Sn an Sn
∑ = ∑
ai ki Si ai Si
K … vypočtená hodnota indexu lomu, střední disperze nebo Abbého čísla; ai … hmotnostní procento oxidu ve skle; Si … strukturní faktor (tj. koeficient pro přepočet hmotnostních jednotek na objemové); ki … aditivní faktory.
4
αI
Technologie skla 2002/03
Hospodářská fakulta
Tabulka aditivních faktorů ki ki ki Si oxid (index lomu) (stř. disperze) (Abbého č.) SiO2 - I 60 1,475 SiO2 – II 60 1,458 Al2O3 59 1,490 MgO 140 1,640 CaO 86 1,830 Na2O 62 1,590 K2O 94 1,580 Poznámka:
695 678 850 1300 1750 1400 1200
68 68 58 49 47 42 48
pro většinu skel se volí faktor SiO2 – I; hodnoty pro SiO2 – II se používají pro skla s obsahem SiO2 vyšším než 80 % hmotn.
… index lomu (poměr rychlosti světla ve vakuu k rychlosti průchodu sklem) nλ (nF – nC) … střední disperze ν
… Abbého číslo
nD − 1 n F − nc
Kromě uvedených příkladů je možno provádět i další výpočty, např. vzájemně se ovlivňujících vlastností jako: hustota – index lomu měrné teplo – hustota viskozita – elektrická vodivost aj. Příklad složení skla: SiO2 Al2O3 MgO CaO PbO Na2O K2O 70,8 2,5 3,6 8,4 14,5 0,2 Literatura [1] Splintex Czech a.s. Výroční zpráva 2001. Teplice, 2002. [2] Webová presentace firmy Splintex Czech a.s. http://www.splintex.cz [3] KLEBSA V. Základy technologie skla pro hospodářskou fakultu. Liberec: Technická univerzita v Liberci, 2002. ISBN 80-7083-556-7 [4] KLEBSA V. Technologie skla a keramiky I. - Sklo. Liberec: VŠST, 1981.
5
