Coraz bardziej popularne szkło półhartowane nie ma w Polsce na dzień dzisiejszy uwarunkowań prawnych. W najbliższym czasie ukaże się norma PN EN 1863-1 która jest w trakcie ustanawiania. Postępujący wzrost nowoczesnego budownictwa wymusza jednak na producentach rozwój tej dziedziny przetwórstwa, tym bardziej że szkło wzmacniane termicznie (półhartowane) ma szereg zalet przewyższających szkło normalne odprężone a jest tańsze od szkła hartowanego, a szczególnie szkła hartowanego poddawanego testowi termicznemu na zawartość wtrąceń NiS.
Wprowadzenie
Definicja na apli jasnoniebieskiej: Szkło wzmocnione termicznie jest szkłem, wewnątrz którego wytworzone zostało w drodze kontrolowanego nagrzewania i studzenia trwałe naprężenie powierzchniowe ściskające, w celu nadania mu podwyższonej odporności na obciążenia mechaniczne i cieplne.
Należy zwrócić uwagę na fakt, że szkło termicznie wzmacniane nie jest szkłem bezpiecznym.
Charakterystyka techniczna
- dwukrotnie wyższa wytrzymałość mechaniczna w stosunku do szkła odprężonego
- wielkość naprężeń ściskających 25–60 N/mm2
- wyższa odporność termiczna (150-2000C)
- podwyższona odporność na zmiany temperatur (1000C)
- nie występuje samoczynne pękanie szkła spowodowane wtrąceniami NiS (wprowadzane są mniejsze naprężenia powierzchniowe),
- w przypadku rozbicia utrzymuje się w ramie nie wypadając jak szkło hartowane (szczególnie ważne w przypadku przeszkleń poziomych i konstrukcji ze szkłem nośnym – szklenie strukturalne, szkło mocowane punktowo),
- pod względem optycznym (falistość) jest lepsze od szkła hartowanego,
- wykazuje resztkową wytrzymałość po rozbiciu (odłamki klinują się wzajemnie i dochodzą do brzegów).
Zastosowanie szkła termicznie wzmacnianego (półhartowane)
- może być stosowane wszędzie tam gdzie szkło odprężone,
- ze względu na większą wytrzymałość, szkło odprężone może być zastąpione cieńszym szkłem półhartowanym (lżejsza konstrukcja, mniej materiału),
- może być stosowane na fasady budynków jako szkło na spandrele i okna,
- jako szkło laminowane, zabudowywane ponad głową,
- tam gdzie nie jest wymagane szkło hartowane.
Produkcja szkła wzmacnianego termicznie
Fazy procesu produkcyjnego.
- Zatępianie i mycie szkła.
Zatępianie i mycie szkła przeprowadza się analogicznie jak przed procesem hartowania.
- Obróbka termiczna.
Proces produkcji szkła wzmacnianego termicznie (półhartowanego) jest podobny do procesu produkcji szkła hartowanego, jednakże ze względu na mniejsze naprężenia wewnętrzne wymaga znacznie niższego ciśnienia powietrza w chłodnicy. Szkło wzmacniane termicznie musi być podgrzane w piecu do temperatury zbliżonej do szkła hartowanego (około 6200–6300 C).
Różnica w procesie produkcyjnym polega na znacznie słabszym, równomiernym chłodzeniu. Dlatego na przykład uzyskanie szkła pół hartowanego o grubości 3 mm jest łatwiejsze niż hartowanego które wymaga bardzo wysokich ciśnień. Przy produkcji grubego szkła powyżej 8 mm wymagane jest znaczne zmniejszenie odbioru ciepła od powierzchni szkła i w tym celu stosuje się specjalne chłodnice osłonięte płytami o wysokiej przewodności ciepła rozmieszczone między szkłem a dyszami chłodnicy, które są usuwane przy produkcji szkła cienkiego.
Przy zastosowaniu normalnych chłodnic stosowanych w piecach do hartowania można produkować szkło wzmacniane termicznie do grubości 8 mm.
Ze względu na różnorodność stosowanych chłodnic hartujących trudno jest jednoznacznie ustalić ciśnienie wymagane do uzyskania naprężeń ściskających w szkle wzmacnianym termicznie. Wstępnie przyjmuje się pobór mocy przez wentylator około 25 kW/m2, lub 10 do 15% ciśnienia stosowanego przy hartowaniu szkła o tej samej grubości.
Właściwą ilość powietrza dla danej grubości szkła znajduje się eksperymentalnie mierząc naprężenia polarymetrem, oraz przeprowadzając test na fragmentację i sprawdzając wielkość i rozkład kawałków szkła zgodnie z wymaganiami normy EN 1863-1:2000.
Ze względu na wolniejsze odbieranie ciepła od szkła w procesie wzmacniania termicznego, szkło wychodzi do odbioru z dużo wyższą temperaturą niż hartowane.
Aby obniżyć temperaturę szkła wychodzącego na transporter odbiorczy, po osiągnięciu przez szkło temperatury poniżej 4700 można zwiększyć ciśnienie powietrza w chłodnicy
Po wykonaniu szeregu prób dla poszczególnych grubości szkła termicznie wzmacnianego należy wprowadzić parametry temperatury i ciśnienia powietrza do programu pieca.
- Kontrola jakości w tym sprawdzenie naprężeń i siatki spękań.
Poza wymaganiami odnośnie wymiarów, krzywizny, grubości, podstawowym parametrem kwalifikującym szkło do wzmacnianego termicznie jest fragmentacja. Do badania fragmentacji przygotowuje się próbki szkła o wymiarach 1100x360 mm dla każdej grubości produkowanego szkła wzmacnianego termicznie rys.1.
Próbkę szkła rozbija się młotkiem o określonej wadze zakończonym ostrzem widiowym uderzając w środku dłuższego boku w odległości 20 mm od krawędzi.
Na rysunku pokazane jest prawidłowe spękanie szkła termicznie wzmacnianego. Wszystkie odłamki muszą trzymać się w ramie lub w zespoleniu. Dopuszcza się występowanie drobnych odłamków o powierzchni do 100 mm2 i "wysp" o powierzchni do 1000 mm2 (nie więcej niż 2 sztuki). Przykład występowania odłamków i wysp pokazuje rys. 2.
Przy ocenie fragmentacji po rozbiciu próbki szkła, pomija się pas brzegowy o szerokości 25 mm, oraz miejsce uderzenia młotkiem o promieniu 100 mm.
Ze względu na trudność określenia powierzchni wadliwych odłamków-wysp wylicza się powierzchnię poprzez ważenie. Powierzchnia=ciężar/(grubośćxciężar właściwy szkła). Na przykład dla szkła o grubości 6 mm maksymalny ciężar wyspy o powierzchni 1000 mm2 wynosi 15 g.
Henryk Lessig
Redakcja na podstawie wykładu Krzysztofa Skarbińskiego na seminarium w Rogoźniku lipiec 2003
Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne
Więcej informacji: Świat Szkła 9/2003
