25575923 

  

480x100px RFT18 engl

 

abs banner 480x120 English

 

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

Szkło z rolki. Cienkie szkło rewolucjonizuje tafle szklane i szyby zespolone
Data dodania: 31.01.18

Szkło cienkie jak brzytwa lub ludzki włos jest niezawodną metodą ochrony ekranów dotykowych smartfonów, czułych filtrów i czujników. Jednak pomimo swojej wyjątkowo małej grubości jest bardzo trwałe i odporne na zadrapania. Jego elastyczność i możliwość gięcia na zimno pozwala na całkowicie nowe zastosowania w architekturze, urządzeniach mobilnych i innych branżach. Cienkie szkło otwiera nowe rynki i zmienia wizje w rzeczywistość. Jak ono działa można będzie zobaczyć na targach GLASSTEC 2018 w Düsseldorfie. 

 

 

Podobnie jak smartfony, tablety i czytniki e-booków zmieniły sposób, w jaki komunikujemy się i przekazują wiedzę, ekrany dotykowe odporne na zarysowania wytworzyły zapotrzebowanie na zupełnie nowe właściwości produkowanego szkła, zwiększając w ten sposób możliwości tego materiału, który towarzyszył historii rozwoju ludzkości od pierwszych zaawansowanych cywilizacji.

 

Bardzo cienkie szkło ochronne bardziej przypomina folię niż szkło i jest tak elastyczne, że można je zrolować i przetransportować do klienta w rolkach (rys. 1, 2 ). Obecnie dostępne są specjalne procesy produkcyjne, pozwalające na wytwarzanie ultracienkich warstw szkła, które przy 25 μm (0,025 mm) są nawet cieńsze niż ludzkie włosy lub żyletki. Taśma szklana po schłodzeniu nawijana jest na wałki podczas procesu produkcyjnego.

 

 

2018 01 38 1

Rys. 1. Szkło w rolkach. Firma Schott wyprodukowała najcieńsze szkło na świecie AS 87 eco. Mając 25 μm jest cieńsze niż ludzki włos (źródło: Schott AG)

 

 

2018 01 38 2

Rys. 2. Zalety cienkiego szkła są również widoczne w logistyce: szkło nawinięte na rolki, a następnie umieszczane na przyczepie, może być łatwo wysłane do dalszego przetwarzania lub na miejsce montażu (źródło: Timon Peters, Technical University of Darmstadt)

 

 

Cienkie szkło – metody produkcji i definicja

 

Materiałem wyjściowym do produkcji jest stopione szkło, które następnie przechodzi przez rolki i jest pobierane w górę lub w dół ze zbiornika w tak zwanym procesie rozciągania lub zbierania w dół (rys. 3, 4). Następnie pozostawia się je do schłodzenia na linii produkcyjnej jako folię o wymaganej grubości, w zakresie od 25 μm do 10 mm.

 

Oprócz tych dwóch metod, które, nawiasem mówiąc, są starsze niż metoda produkcji szkła typu „float”, cienkie szkło może być również produkowane za pomocą innych technologii, wykorzystujące procesy przelewowe lub mikro-float. Bez względu na to, jaką metodę wybierze firma, decydującym elementem dla właściwości cienkiego szkła jest skład stopionej masy szklanej, który różni się u każdego producenta i jest dobrze strzeżoną tajemnicą handlową.

 

 

2018 01 38 3

Rys. 3. Proces up-draw polega na wyciąganiu stopionego szkła do góry. Ten sposób wytwarzania jest odpowiedni dla nieco grubszych szkieł architektonicznych, o gr. od 1 do 10 mm (źródło: Schott AG)

 

 

2018 01 38 4

Rys. 4. Aby uzyskać wyjątkowo cienkie szkła o gr. pomiędzy 250 a 210 μm, producenci stosują znacznie szybszy proces down-draw, w wyniku czego szkło jest ciągnięte w dół ze zbiornika topienia (źródło: Schott AG)

 

 

W procesie up-draw, stopione szkło jest podciągane, aby powstała cienka szklana taśma. Ten proces produkcyjny nadaje się do nieco grubszej szyby architektonicznej o gr. od 1-10 mm.

 

Cienkie szkło jest poszukiwane w szerokiej gamie produktów w wielu branżach (rys. 5 i 6 ) i może być sklasyfikowane bardzo różnie, w zależności od jego grubości. Podczas, gdy w budownictwie i architekturze szkło uważa się za cienkie, jeśli ma mniej niż 3 mm, praktycznie nie ma uzasadnionego ani praktycznego zastosowania dla grubości poniżej 1 mm.

 

 

2018 01 39 1

Rys. 5. Dzisiaj to tylko wizja, ale jest to pomysł na zastosowanie cienkiego szkła: pasy bezramowych okien, szklane kostki i zaokrąglone przeszklenia (źródło: Timon Peters, Technical University of Darmstadt)

 

 

 

2018 01 39 2 

Rys. 6. Również w przypadku mebli cienkie szkło stanowi alternatywę dla tworzyw sztucznych i można je łączyć z innymi materiałami, takimi jak drewno i metal (źródło: Timon Peters, Technical University of Darmstadt)

 

 

Również w konstrukcji mebli cienkie szkło oferuje możliwość łączenia np. w procesie laminacji z innymi materiałami. Szkło cienkie pozwala na realizację unikanych projektów i różnorodność kształtów. Z powodu dużej trwałości i wyższej odporności na zarysowania jest atrakcyjną alternatywą dla wyrobów z tworzyw sztucznych.

 

Potrzeby są zupełnie inne w innych zastosowaniach. Na przykład w urządzeniach mobilnych szkło 2 mm można uznać raczej za grube. W tej branży zwykle mierzy się grubość w mikrometrach, a ultracienkie szkło poniżej 20 μm traktuje się jak folię (rys. 7 i 8) i wysyła nawinięte na rolki. W budownictwie cienkie szkło można zatem wytwarzać w zwykłym procesie float, gdzie minimalne grubości, jakie można osiągnąć, to zwykle około jednego milimetra.

 

 

2018 01 39 3

Rys. 7. W szczególności w urządzeniach mobilnych bardzo cienkie, giętkie szkło jest bardzo poszukiwane (źródło: Corning Inc.)

 

 

 2018 01 39 4

Rys. 8. Hartowane chemicznie cienkie szkło zapewnia idealną ochronę dla wyświetlaczy na smartfonach i tabletach (źródło: Corning Inc.)

 

 

(...)

 

Zaletą cienkiego szkła są jego właściwości materiałowe i konstrukcyjne z jednej strony oraz niska waga z drugiej strony. W połączeniu z innymi szkłami mogą tworzyć wielokomorowe szyby zespolone (rys. 9 i 10). Stabilność i wytrzymałość cienkiego szkła można dodatkowo poprawić poprzez chemiczne hartowanie, co jest szczególnie pożądane w przypadku wyświetlaczy i osłon ochronnych na smartfonach. Inne zastosowania to osłony ochronne do mikroskopowych instrumentów i filtrów bliskiej podczerwieni do aparatów smartfonów.

 

 

2018 01 39 5

Rys. 9. Cienkie szkło pozwala na znaczną redukcję wagi w wielokomorowych szybach zespolonych (źródło: Lisec Austria GmbH)

 

 

2018 01 40 1

Rys. 10. Wewnętrzne szyby w wielokomorowym oszkleniu mogą być wykonane z cienkiego szkła. Są dobrze chronione i mogą być powlekane jak każde inne szkło (źródło: Lisec Austria GmbH)

 

 

Cienkie szkło w budownictwie i architekturze

 

Również przemysł budowlany używa cienkich szkieł, aby pokryć szeroki zakres zastosowań, w których wyroby z tworzyw sztucznych wykazują pewne ograniczenia (np. powlekanie paneli słonecznych). W porównaniu z folią z tworzywa sztucznego, szkło jest o wiele bardziej odporne na podwyższoną temperaturę, zachowuje swój kształt, jest gazoszczelne i ma wyjątkowe walory wizualne (zachowuje całkowitą przezroczystość przez długi czas).

 

Cienkie szkło jest coraz częściej stosowane jako środkowa tafla szkła w dwukomorowej szybie zespolonej co umożliwia znaczące zmniejszenie grubości i ciężaru szyby. Taka szyba zespolona zawiera zewnętrzną taflę szkła float (o grubości 4 mm), półhartowaną środkową szybę (2 mm) i kolejną szybę float od wewnątrz pomieszczenia (3 mm). W porównaniu do konwencjonalnego oszklenia (4/12/4/12/4), taka struktura szyby zespolonej pozwala zmniejszyć masę szyby z 30 do 22,5 kg/m2. Korzyści z lekkiego, cienkiego szkła są szczególnie widoczne w oszkleniach do modernizowanych okien.

 

W architekturze tafle z cienkiego szkła nie tylko obniżają wagę, ale także wyróżniają się kombinacją odporności na pękanie i wysoką elastycznością, umożliwiając różnorodne zastosowania i dopasowanie do indywidualnych wymagań. Co więcej, pozwalają one na nowe i niezwykłe dopasowanie do indywidualnych wymagań i realizację różnorodnych pomysłów dotyczących kształtów i designu, ponieważ możliwe jest dodanie przez laminowanie specjalnie przetworzonych arkuszy z cienkiego szkła, np. przez szlifowanie lub sitodruk. Jednak takie aplikacje są jeszcze bardziej kwestią wizji niż powszechnego użytkowania (rys. 11 i 12).

 

 

2018 01 40 2

Rys. 11. Cienkie szkło otwiera zupełnie nowe możliwości projektowe w architekturze (źródło: Timon Peters, Technical University of Darmstadt)

 

 

2018 01 4 3

Rys. 12. Ze względu na swoją stabilność i elastyczność możliwe byłoby również zastosowanie cienkiego szkła np. jako elementu łączącego w konstrukcjach ze szkleniem strukturalnym (źródło: Timon Peters, TU Darmstadt)

 

 

Inne, przyszłościowe zastosowania obejmują zintegrowane powłoki funkcjonalne, takie jak OPV (organiczna fotowoltaika), w których energia jest wytwarzana przez moduły fotowoltaiczne i szyby o zmiennej przezierności z warstwą PDLC (polymer dispersed liquid crystal – zdyspergowane w polimerze ciekłe kryształy polimerowe). Ta technologia pozwala na tworzenie szyb switchable o zmiennej przezierności, które stają się przezroczyste tylko pod wpływem napięcia elektrycznego, a gdy nie ma napięcia elektrycznego pełnią funkcję zmatowiałych, nieprzezroczystych osłon. Specjalistą w technologii obróbki cienkiego szkła jest austriacka firma LiSEC, której proces laminowania próżniowego z odpornymi na dyfuzję uszczelnieniami krawędzi szyby zespolonej chroni również warstwę funkcyjną PDLC przed wilgocią i wpływem środowiska. Na targach GLASSTEC 2018 firma LiSEC zaprezentuje między innymi odpowiednie maszyny do obróbki cienkiego szkła (rys. 13).

 

 

2018 01 40 4

Rys. 13. Austriacka firma LISEC zaprezentuje liczne maszyny do obróbki cienkiego szkła na targach GLASSTEC 2018 w Düsseldorfie (źródło: LISEC Austria GmbH)

 

 

Dzięki technologii produkcji cienkiego szkła, gięte szkło może również stać się coraz bardziej widoczne w architekturze. Hartowane, cienkie szkło można wyginać w pożądanym kształcie na miejscu budowy przez zginanie na zimno lub gięcie montażowe – dostosowując je do kształtu konstrukcji (rys. 14), szkło to można je stosować jako monolityczne lub jako laminat. Jest to niedroga alternatywa dla gięcia na gorąco w fabryce. Ponadto, gięte na zimno szkło ma doskonałe właściwości wizualne, ponieważ ma mniej zniekształceń (w porównaniu do szkła giętego „na gorąco”).

 

 

2018 01 40 5

Rys. 14. Gięcie na zimno umożliwia umieszczenie szkła na wygiętej konstrukcji i wygięcie tafli szkła dopasowując je do kształtu krzywizny konstrukcji bezpośrednio przed montażem (źródło: Lisec Austria GmbH)

 

 

Cienkie szkło w technologii medialnych urządzeń przenośnych i inżynierii motoryzacyjnej (szkła samochodowego)

 

Cienkie szkło w zakresie mikrometrów jest szczególnie elastyczne, a jednocześnie nie traci stabilności i twardości. Jedną firmą, która specjalizuje się w opracowywaniu i produkcji ultra cienkich szkieł jest firma SCHOTT, która wykorzystuje własną technologię draw-down.

 

W ramach projektu „AS 87 eco” wyprodukowano najcieńsze szkło na świecie o grubości tylko 25 μm (rys. 15), które teraz chroni wrażliwe na uszkodzenia elementy urządzeń (np. urządzenia do identyfikacji odcisków palców) i komponenty optyczne (filtry kamery) w smartfonach. Są to już powszechnie stosowane produkty, a rynek tego typu szkła jest olbrzymi.

 

 

2018 01 41 1

Rys. 15. Cienkie szkło stało się produktem masowym, a niemieccy producenci, tacy jak Schott, byli pionierami w opracowywaniu ultracienkich szkieł (źródło: Schott AG)

 

 

Odnotowano stały wzrost zapotrzebowania na same czujniki odcisków palców, a także specjalne rozwiązania chroniące wrażliwe elementy. Podczas gdy w 2014 r. wysłano do klientów 316 mln sztuk, w 2015 r. liczba ta wzrosła do prawie 500 mln, a prognozy na 2020 r. wskazują obecnie na 1,6 mld sztuk.

 

Polerowane ogniowo szkło ochronne jest niezwykle twarde i dlatego jest również używane do wyświetlaczy smartfonów. Co więcej, jest tak cienkie jak żyletka, co sprawia, że precyzja procesu produkcji jest szczególnie godna uwagi. Przy tolerancji grubości wynoszącej zaledwie 10 mikrometrów lub mniej, zapewnia on wysoki poziom niezawodnego bezpieczeństwa i jakości.

 

Cienkie szkło staje się coraz bardziej pożądane w przemyśle motoryzacyjnym. Można ich użyć do wnętrza (ochrona wskaźników na tablicy rozdzielczej), do dowolnie kształtowanych szyb przednich i do tzw. szyberdachu. Również tutaj digitalizacja (np. z wyświetlaniem komunikatów na szybie przedniej) od dawna jest dobrze ugruntowaną funkcją. Jest to dziedzina, w której można w pełni wykorzystać zalety odpornego na zarysowania ultra cienkiego szkła o grubości poniżej 250 μm, zwłaszcza w geometrii wypukłej i wklęsłej. Szkło nie starzeje się i dlatego doskonale nadaje się do obudowy wnętrz pojazdów. Podczas gdy w przeszłości takie aplikacje wiązały się z ryzykiem urazu w razie wypadku, a zatem były nie do pomyślenia, cienkie szkło osiągnęło teraz tak wysoki poziom stabilności, prawie nieograniczone możliwości formowania i lepsze właściwości optyczne (np. dla ekranów dotykowych), że zostały otwarte całkowicie nowe ścieżki wykorzystania szkła w motoryzacji i materiał ten stał się alternatywą dla tworzyw sztucznych. Jego właściwości optyczne i jednorodność są o wiele lepsze, a ich odporność chemiczna i termiczna jest na tyle wysoka, że może z łatwością wytrzymać wilgoć, promieniowanie UV i wysokie temperatury.

 

 

Jutrzejsze wizje będzie można podziwiać na GLASSTEC 2018

 

Elastyczne, cienkie szkło otwiera również nowe, innowacyjne opcje w wirtualnej i rozszerzonej rzeczywistości (tj. wspomagana komputerowo nasza percepcja rzeczywistości). Jedną z wizji elektroniki jutra jest osiągnięcie dobrego poziomu podatności na zginanie – możliwości gięcia na zimno (rys. 16 i 17) bez uszczerbku dla wyjątkowej jakości wizualnej, przejrzystości i cennych właściwości dotykowych szkła.

 

 

2018 01 41 2

Rys. 16. Rozwój technologii przenośnych urządzeń medialnych spowodował rozwój ultracienkich szkieł (źródło: Schott AG)

 

 

2018 01 41 3

Rys. 17. Fascynująca i dosłownie namacalna wizja: zgrabne smartfony i tablety. Na targach GLASSTEC 2018 będą pokazane najnowsze osiągnięcia i wizjonerskie trendy zastosowań ultracienkiego szkła (źródło: Schott AG)

 

 

 

Claudia Siegele

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 01/2018