Чтобы увеличить прочность стекол и их степень безопасности их подвергают специальным видам термической обработки. Различают два типа термически обработанных стекол:

• закаленные стекла и
• термически упрочненные стекла.

Стандарты и термины

Для закаленных стекол европейский стандарт EN 12150 применяет термин «thermally toughened glass», а американский стандарт ASTM C1048 - «full tempered glass». Разработанный на основе EN 12150 российский стандарт ГОСТ Р 54162-2010 применяет в английской версии названия сокращенное американское название: «tempered glass». Действует также межгосударственный стандарт на закаленные стекла ГОСТ 30698-2014, который также разработан на основе EN 12150, и, по существу, дублирует ГОСТ Р 54162-2010.

Термически упрочненные стекла европейский стандарт EN 1863 называет «heat strengthened glass», а американский стандарт ASTM C1048 - «heat-strengthened glass» (через дефис). Российский стандарт на термически упрочненные стекла ГОСТ 33087-2014 разработан на основе EN 1863.

Закаленные стекла

Закаленные стекла имеют более высокую прочность и сопротивление термическим нагрузкам, чем термически упрочненные стекла. Их стойкость к ударным нагрузкам в 4-5 раз выше, чем у обычных стекол без термической обработки. В случае разрушения закаленные стекла разрушаются с освобождением большого количества энергии в виде мелких округлых кусочков (рисунок 1). Такой характер разрушения снижает риск тех, кто находится в это время рядом. Поэтому эти стекла считаются безопасными.

Рисунок 1 - Характер разрушения закаленных стекол

Термически упрочненные стекла

Термически упрочненные стекла также обеспечивают более высокое сопротивление термическим и механическим нагрузкам по сравнению с обычными стеклами. Эти стекла приблизительно в два раза прочнее по сравнению с термически необработанными стеклами. В случае разрушения термически упрочненные стекла разбиваются на большие куски, так как при этом выделяется намного меньше механической энергии (рисунок 2). Это связано с тем, что в ходе термической обработки эти стекла подвергаются меньшим напряжениям по сравнению с закаленными стеклами. Когда термически упрочненное стекло разбивается, оно, как правило, остается на своем месте в раме окна или в герметике по периметру фасадного проема. Термически упрочненные стекла сами по себе не являются безопасными, но широко применяются в безопасных многослойных стеклах.

Рисунок 2 - Характер разрушения термически упрочненных стекол

Термическая обработка стекол в закалочной печи

Термическая обработка стекол происходит следующим образом:

• Резка стекол на заданные размеры на специальных компьютизированных столах.
• Обработка кромок, мойка и сушка стекол. Обработка кромок заключается, например, в их притуплении или шлифовке. Это снижает риск разрушения стекол в закалочной печи. На этом этапе еще возможно выполнять различные отверстия, вырезы и выемки. Затем стекла моют, чтобы удалить все посторонние загрязнения, которые могут еще оставаться на них.
• Повышение температуры стекла в закалочной печи до около 600 ºС и выдержке при этой температуре определенное время в зависимости от толщины стекла, его отражательных свойств и других характеристик.
• Быстрое охлаждение стекла. На этом этапе стекло быстро охлаждается с помощью нескольких воздушных форсунок, которые расположены сверху и снизу стекла. В результате этого процесса в стекле создаются сжимающие остаточные напряжения вблизи его поверхности и растягивающие остаточные напряжения в центральных слоях стекла. На этом этапе в зависимости от скорости охлаждения стекла оно становится или закаленным, или термически упрочненным стеклом.
• Стекла подвергают приемке, чтобы убедиться, что они соответствуют требованиям, которые установлены в соответствующих стандартах.

Термическая обработка стекол и искривление изображений

Обычно стекло, установленное в строительной конструкции, подвергается различного рода нагрузкам, которые могут вызывать искажения объекта, которые мы видим сквозь стекло или отображения этого объекта с стекле. Эти искажения определяются как изменение формы, ориентации или расположения исходного объекта. Факторы, которые могут вызывать эти искажения, включают следующие:

• разность высоты над уровнем моря места изготовления стеклопакетов и места их установки;
• изменения атмосферного давления;
• изменение температуры наружного воздуха;
• давление рамы на кромку стекла или стеклопакета.

Ниже будет рассмотрено влияние термической обработки стекол на искривление оптических объектов.

О влиянии изменения погодных условий - температуры воздуха и атмосферного давления - на оптические искажения стекол стеклопакетов

Следы от роликов печи

В печи для закалки стекол стекло размягчается до около 600 ºС. Во время обработки в печи, стекло находится в постоянном циклическом возратно-поступательном движении на керамических роликах. В результате, при проходе через печь стекло в той или иной мере принимает форму этих роликов, что и вызывает заметные волнистые искривления стекла на большинстве изделий из термически обработанного стекла, в том числе, на стеклопакетах (рисунок 3).

Рисунок 3 - Оптические искривления от следов роликов закалочной печи
на закаленных стеклах стеклопакетов

Локальное отклонение от прямолинейности закаленного стекла без покрытия на длине 300 мм не должно превышать (рисунок 4):

• для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 0,5 мм;
• для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 0,4 мм.

Производители стекол способны снижать эти локальные отклонения от воздействия роликов закалочной печи до 0,13 мм .

Требования по локальному отклонению от прямолинейности термически упрочненного стекла без покрытия на длине 300 мм более жесткие, чем для закаленных стекол: оно не должно превышать 0,3 мм;

Рисунок 4 - Общий и локальный прогибы стекла:
1 - общий прогиб листа стекла;
2 - ширина, высота или диагональ листа стекла;
3 - локальный прогиб (след ролика);

4 - длина 300 мм

Общий прогиб стекла

Термически обработанные стекла обычно имеют различного рода отклонения от плоскостности. В зависимости от размера, толщины и типа стекла, оно может иметь прогиб вдоль длины и ширины, а также иметь коробление в центре.

Общее отклонение от плоскостности закаленного стекла без покрытия не должно превышать (см. рисунок 4):

• для стекол с номинальной толщиной от 3 до 5 мм: 3 мм на 1 метр;
• для стекол с номинальной толщиной от 6 до 25 мм: 2 мм на 1 метр.

Требование по общему отклонению от плоскостности термически упрочненного стекла без покрытия независимо от толщины также составляет 3 мм на 1 метр.

Термически упрочненные стекла в многослойных стеклах

Многослойные стекла иногда называют ламинированными, а также триплексами. Их изготавливают из двух или более стекол с размещением между ними специальной пленки. Всю эту «конструкцию» склеивают вместе при повышенных температуре и давлении в специальном автоклаве.

Многослойные стекла являются безопасными, так как при их разрушении фрагменты стекла остаются приклеенными к пленке, что снижает риск повреждения для людей.

Многослойные стекла могут изготавливаться как из обычных отожженных стекол, так и из термически упрочненных стекол. Применение в многослойных стеклах термически упрочненных стекол имеет следующие преимущества:

• Термически упрочненные стекла в два раза прочнее отожженных стекол той же толщины. Эта повышенная прочность дает возможность большим стеклам выполнять требования по ветровой нагрузке без необходимости применения более толстых отожженных стекол.
• Термически упрочненные стекла снижают вероятность разрушения стекол под воздействием термических и механических нагрузок.

Термически упрочненные стекла привносят в многослойные стекла характерные для них оптические искажения, такие как следы от роликов закалочной печи. Однако эти искажения имеют намного менее заметный характер, чем для закаленных стекол. Особенность конструкции многослойных стекол может давать новый тип оптических искажений: эффект линзы в местах утолщения пленки или непараллельности двух стекол.

Полезная информация о применении термически обработанных стекол

• Оптические искажения более заметны на термически обработанных стеклах с повышенной отражательной способностью.
• Применение более толстых стекол и применения для всего проекта стекол одной толщины поможет снизить степень оптических искажений термически обработанных стекол. Оптические искажения на более толстых стеклах обычно менее заметны.
• В документации на светопрозрачные конструкции с применением термически обработанных стекол целесообразно указывать, что все стекла должны быть изготовлены одним и тем же производителем и на одном и том же оборудовании.
• Чтобы минимизировать локальные отклонения стекол от плоскостности (следы роликов) на закаленных или термически упрочненных стеклах необходимо указывать в заказе на такие стекла направление их движения через закалочную печь: снизу вверх, а не слева направо (рисунок 5). Это сделает волны от роликов закалочной печи менее заметными для глаз людей, которые двигаются мимо этих стекол.

Рисунок 5 - Рекомендуемая ориентация стекол в закалочной печи

Источники:

1. Glass Heat Treatment - Материалы фирмы MULTIVER Ltd, 2017

2. Roller Wave Distortion - Definition, Causes and a Novel Approach to Accurate,

On-line Measurement / Mark Abbott & John Madocks, Applied Process Technologies, Inc., 2017

3. Standard Guidelines and Tolerances - MKH-001 REV. L, материалы фирмы Cristacurva, 2017

Подробнее узнать о навесных вентилируемых фасадах вы можете .

Основное различие между стандартным и закаленным стеклом – это метод производства. Закаленное стекло создается путем нагрева и последующего быстрого охлаждения. Материал, обработанный таким методом, приобретает новые характеристики и изменяет структуру.

Так что же это значит для вас, потребителей?

Одной из основных характеристик закаленного стекла является различие в поведении материала, при получении повреждений. Обычное стекло при механическом воздействии разобьется на большие неровные куски, закаленное стекло рассыпается на мелкие кусочки. Это избавляется от опасности получить травму из-за осколков или острых кромок и делает его гораздо более безопасным вариантом, поэтому закаленное стекло часто называют “безопасным стеклом”.

Где обычно используется закаленное стекло?

Благодаря ряду преимуществ в аспекте безопасности и термостойкости (в результате производственного процесса), закаленное стекло используется в кофе-машинах, для компьютерных мониторов, для оконных блоков и многого другого. Однако, чаще всего оно находит применение в качестве защитной пленки для мобильных телефонов и других портативных устройств, которые наиболее подвержены различных механическим повреждениям.

Преимущества закаленного стекла для вашего телефона (и других гаджетов)?

Протекторы из закаленного стекла - наиболее распространенный аксессуар для мобильных устройств. Внешне они очень похожи на пластиковые крышки. Тем не менее, можно выделить довольно много существенных отличий:

• Благодаря теплостойкости, закаленное стекло защищает ваш телефон от возможных повреждений, полученных при высоких температурах.
• Закаленное стекло не так легко поцарапать или повредить, по сравнению со стандартным стеклом и пластиковой крышкой телефона.
• Закаленное стекло в пять раз толще, чем пластиковые протекторы экрана, поэтому обеспечивает лучшую защиту от ударов.
• Закаленное стекло в течение долгого времени способно сохранять первоначальный внешний вид экрана телефона.

Благодаря вышеперечисленным достоинствам, протекторы из закаленного стекла поставляются по более высоким ценам.

Стоит ли оплачивать разницу в цене?

Благодаря защите от высоких температур, ударов и царапин, протекторы из закаленного стекла - это надежный способ сохранить экран вашего телефона в первозданном виде. А в случае, если вы уроните телефон, то риск повредить экран будет сведен к минимуму, поэтому вы избежите риска повредить устройство. Некоторые прихводители комплектуют экраны своих моделей закаленным стеклом Gorilla Glass , в основном это прочные и ударопрочные модели смартфонов , которые подразумевают использование в экстремальных условиях.

Закаленное стекло используется во многих отраслях производства. Оно обладает одним очень важным свойством - при разбивании рассыпается на множество мелких квадратиков с тупыми гранями. Это намного снижает риск получения травмы человеком, оказавшимся в эпицентре разрушения стекла.

Такой эффект достигается путем специальной обработки, которая имеет технологию сходную с закалкой металла. Закалка стекла происходит в таких же условиях, но при меньших температурах нагрева. Процедура обработки повышает стоимость материала, но его эксплуатационные параметры становятся в разы лучше, так что закалка является вполне рентабельным делом.

Особенности производства материала

Производство закаленного стекла происходит путем обработки стандартного материала. То есть на этапе изготовления не применяются никакие методики, позволяющие стеклу получить определенные механические свойства или дополнительную стойкость. В состав могут быть введены дополнительные элементы, которые усилят закалку, но раскроют свой потенциал они только после термической обработки. Так что изготовление закаленного стекла не возможно без его обжига с последующим охлаждением. Материал помещают в специальную печь, в которой его нагревают до температуры 650-680 градусов по Цельсию.

В этом режиме стекло проводит определенный промежуток времени, который зависит от толщины материала и химического состава определенной марки. После нагрева производится резкое охлаждение стекла при помощи воздушного потока. При этом воздух подается с двух сторон, иначе закалить стекло не получится. В результате производимых манипуляций на поверхности материала образуется слой с остаточным напряжением сжатия, который при ударах не позволяет стеклу раскалываться на осколки, а просто рассыпается на квадратные частицы.

Сферы применения

Основными характеристиками закаленного стекла являются его высокая механическая прочность, термостойкость и ударная вязкость. Это материал в несколько раз прочнее обычного стекла. Его достаточно трудно разбить, поэтому он применяется в производстве внешних витрин магазинов. Двери из закаленного стекла также широко распространены и используются на многих зданиях различного назначения. Кроме прочности на выбор материала влияет также и его безопасность. Если вдруг витрина или дверь будут разбиты, находящиеся неподалеку люди не получат серьезных травм.

Перегородки из закаленного стекла устанавливаются в офисах крупных компаний. Они обеспечивают отличный уровень шумоизоляции, так что работники разных отделов не будут мешать друг другу. И в тоже время благодаря прозрачным стенам начальство всегда сможет контролировать рабочий процесс, не вставая со своего места. Если кто-то будет халтурить, это сразу же станет заметно.

Панели из закаленного стекла устанавливают внутри магазинов для защиты товаров. Чаще всего они используются при продаже ювелирных изделий. Злоумышленнику будет очень трудно разбить одним ударом стекло и что-нибудь украсть. А потерпев неудачу с первого раза, он, скорее всего, сбежит.

Защитное закаленное стекло используется и в автомобильном производстве. Из него могут изготовлять боковые и задние окна машины. Но использование материала для лобовых окон строго запрещено. Мелкие частицы при аварии могут серьезно травмировать органы зрения, поэтому для переднего стекла используется другой материал. Он называется закаленное стекло триплекс. Его особенностью является многослойность. Причем все слои соединены между собой специальной клеящей пленкой.

При аварии она удерживает все осколки и не позволяет им травмировать находящихся в салоне людей. Производится триплекс путем прессования при высокой температуре среды. Такая технология обеспечивает максимальное сцепление между поверхностями. Отзывы о закаленном стекле носят сугубо положительный характер, так как с его появлением существенно снизился травматизм при авариях, связанный с осколочными травмами и порезами.

Толщина закаленного стекла зависит от возлагаемых на него функций. Если необходимо просто обезопасить людей от получения травмы, подойдет и тонкий материал. А если стекло должно защищать материальные ценности от несанкционированного доступа, понадобится более прочная модель.Например, закаленное стекло в 4 миллиметра используется для изготовления столешниц и остекления внутренних помещений. Оно в 5 раз прочнее обычного стекла такой же толщины, но все-таки не может противостоять сильным ударам тяжелыми предметами.

А вот закаленное стекло в 10 миллиметров отлично подойдет для внешней отделки. Его практически невозможно разбить одним ударом, что должно отпугнуть грабителей, так как на сработавшую сигнализацию скоро приедет наряд полиции для выяснения причин тревоги.

Стекло закаленного типа, сегодня пользуется большим спросом, несмотря на то, что его стоимость выше, чем у обычного.

В настоящий момент, закаленное стекло используется с целью внутренней или внешней отделки, а также производства различных изделий.

Благодаря этому, данный материал набирает все большую популярность.

Как изготавливается стекло каленного типа

Чтобы понять, какие этапы включает в себя производство каленного стекла, надо знать что физические параметры изделий будут зависеть от общего количества закаливаний. А проходит этот процесс при помощи двух основных этапов:

1) На первом этапе производится стекловое полотно. Специалисты смешивают нужные пропорции песка с кварцом и, в итоге получается стеклянная масса, которая, вследствие подвергается прокатке. Проходя прокатку, стекло приобретает листовую конфигурацию.

2) Проведение закалочных мероприятий проводится много раз, с целью изменения основных параметров стекла.

Проведение накалки может достигать очень высоких температур, а затем, изделия подвергаются обдуву холодным воздухом. Это обуславливает прочность и отсутствие риска механических повреждений.

Преимущества закаленного стекла

· По прочности такое стекло является очень надежным.

· На закаленное стекло не влияют резкие смены температурных условий.

Благодаря термостойкости, такое стекло можно использовать, как для остекления фасадов зданий, так и для производства душевых кабин.

· Даже, если стекло сможет разбиться, то оно является безопасным, в плане отсутствия ранений. Если стекло закаленного типа разбивается, оно разлетается на множество закругленных осколков, не отличающихся остротой.

Нюансы работы с закаленным стеклом

Разумеется, что у всех материалов существуют определенные недостатки, в большей или меньшей степени. В частности, на счет данного типа стекол, можно сказать, что их нельзя подвергать обработке после закаливания.

Так, если производитель хочет получить, например, узор или обрезку по размерам, то эти мероприятия проводятся до закалки.

Как отличить каленное стекло от обычного?

Поставщики, желающие схитрить, часто пользуются тем, что по внешности эти оба типа стекол схожи между собой, но все же, существуют определенные отличия:

Если провести легкое постукивание по поверхности, то звук будет отличаться (от каленного стекла исходит более глухой звук);

Наличие сетчатых контуров на стекле каленного типа, которые можно распознать при помощи поляризованных линз;