Chęć zastosowania odprężonego szkła float z jego zaletami ekonomicznymi i optycznymi w porównaniu do szkła hartowanego jest częściowo ograniczona przez zmniejszoną wytrzymałość krawędziową (wytrzymałość szkła na krawędzi tafli szklanej). W normie projektowej dla szkła DIN 18008 wytrzymałość krawędziowa wynosi tylko 80% wytrzymałości powierzchniowej (wytrzymałość szkła na powierzchni tafli szklanej).
Ze względu na naprężenia temperaturowe, wytrzymałość krawędziowa odprężonego szkła float jest decydującym czynnikiem, zwłaszcza przy projektowaniu szyb zespolonych. Ta redukcja naprężeń jest głównie wynikiem zastosowanego procesu cięcia z odpowiednimi parametrami i obchodzenia się ze szkłem. Rodzaj procesu cięcia i związane z nim parametry cięcia (nacisk, kółka tnące itp.), mają znaczący wpływ na rozwój mikropęknięć i ostatecznie na wytrzymałość krawędzi. Zdefiniowany proces cięcia pozwala na uzyskanie powtarzalnej i zwiększonej wytrzymałości krawędzi.
W artykule przedstawiono wyniki badań niszczących, dotyczących wytrzymałości krawędziowej. W celu przeprowadzenia badań, tafle szkła zostały pocięte na maszynie do cięcia z różnymi ustawieniami procesu. Zmieniano między innymi następujące parametry cięcia: rodzaj kółka tnącego, nacisk cięcia, prędkość cięcia i płyn tnący (płyn rozdzielający w czasie cięcia – zwyczajowo nazywany płynem tnącym). Oprócz parametrów procesu, badano różne rodzaje szkła, grubości szkła i obie powierzchnie (cynową i atmosferyczną).
Testy zostały przeprowadzone w celu określenia korelacji między procesem cięcia, parametrami szkła, wytrzymałością krawędziową i geometrią mikropęknięć, a także w celu optymalizacji parametrów. Testy niszczące przeprowadzono za pomocą zmodyfikowanego testu czteropunktowego zginania, ale także za pomocą standardowego testu czteropunktowego zginania zgodnie z normą EN 1288-3.
1. Wprowadzenie
1.1. Cel badań
Szkło płaskie, które obecnie jest produkowane niemal wyłącznie metodą float, jest najważniejszym podstawowym produktem do wykonywania różnorodnych nowoczesnych przeszkleń. Jest ono przetwarzane w szczególności na szyby zespolone (insulating glass units IGU), które są standardowym produktem w sektorze budowlanym zarówno w konstrukcjach okiennych, jak i fasadowych. Odprężone szkło float jest preferowane ze względu na swoje zalety ekonomiczne i optyczne, w porównaniu ze szkłem ze wstępnymi naprężeniami termicznymi. W dalszej części tekstu odprężone szkło float jest określane jako szkło odprężone.
Krawędzie szkła są poddawane naprężeniom rozciągającym, szczególnie w przypadku dwustronnego liniowego podparcia, podparcia punktowego, działania obciążenia termicznego i procesu hartowania termicznego. Pękanie szkła, spowodowane działaniem temperatury na szyby zespolone, występuje z powodu niewystarczającej wytrzymałości krawędziowej, jak pokazano na rysunku 1. Zakres zastosowań szkła odprężonego jest ograniczony ze względu na zmniejszoną wytrzymałość krawędziową. Charakterystyczna wytrzymałość na rozciąganie, na krawędzi tafli szkła odprężonego, jest zmniejszona w procesie projektowania.
Zgodnie z normą DIN 18008-1 [1] wytrzymałość krawędziowa szkła odprężonego wynosi 80% wytrzymałości powierzchniowej, niezależnie od wykończenia krawędzi. Projekt europejskiej normy projektowej dotyczącej konstrukcji szklanych FprCEN/TS 19100-1 (2021) [6] uwzględnia wytrzymałość krawędziową odprężonego szkła float, w zależności od obróbki krawędzi za pomocą współczynnika wykończenia krawędzi ke.
Współczynnik ke waha się od 0,8 dla krawędzi ciętych do 1,0 dla krawędzi polerowanych. Wytrzymałość powierzchniowa szkła odprężonego jest ogólnie znana ([4]) i akceptowana. Z drugiej strony, wytrzymałość krawędziowa jest wielokrotnie dyskutowana i, w przypadku niepewności, bardzo ostrożnie stosowana.
Dlatego też, oprócz badań Bukiedy [1], Ensslena [5], Kleuderleina [7], Lindqvista [8], Müller-Brauna [9] i Vandebroeka [15], niniejszy artykuł ma na celu przyczynienie się do lepszego zrozumienia wytrzymałości krawędziowej szkła, jak również czynników wpływających na wytrzymałość krawędziową.
1.2. Parametry procesu cięcia
Klasyczny przemysłowy proces cięcia szkła jest zwykle wykonywany za pomocą narzędzia tnącego z kółkiem tnącym z użyciem maszyny do cięcia szkła. Inne techniki, takie jak cięcie laserowe lub strumieniem wody, nie są przedmiotem niniejszego artykułu. W tym procesie kółko tnące, w połączeniu z płynem tnącym, tworzy szczelinę na powierzchni szkła i środkowe pęknięcie w szkle.
Następnie szkło zostanie rozłamane wzdłuż wygenerowanego pęknięcia środkowego poprzez miejscowe zginanie. Płyn tnący wspomaga proces łamania i zapobiega powstawaniu odprysków na krawędzi. Dalsze szczegóły dotyczące procesu cięcia i systemu pęknięć powstających podczas cięcia autorzy opisali szczegółowo w [9] i Müller-Braun w [10]. W oparciu o literaturę [7]-[10], [15] i doświadczenie w procesie cięcia, różne parametry procesu cięcia zostały podsumowane i skategoryzowane w tabeli 1.
