Щоб збільшити міцність скла і їх ступінь безпеки, їх піддають спеціальним видам термічної обробки. Розрізняють два типи термічно обробленого скла:

• загартовані скла та
• термічно зміцнене скло.

Стандарти та терміни

Для загартованого скла європейський стандарт EN 12150 застосовує термін "thermally toughened glass", а американський стандарт ASTM C1048 - "full tempered glass". Розроблений на основі EN 12150 російський стандарт ГОСТ Р 54162-2010 застосовує в англійській версії назви скорочену американську назву: tempered glass. Діє також міждержавний стандарт на загартоване скло ГОСТ 30698-2014, який також розроблено на основі EN 12150, і, по суті, дублює ГОСТ Р 54162-2010.

Термічно зміцнене скло європейський стандарт EN 1863 називає "heat-strengthened glass", а американський стандарт ASTM C1048 - "heat-strengthened glass" (через дефіс). Російський стандарт на термічно зміцнене скло ГОСТ 33087-2014 розроблений на основі EN 1863.

Загартоване скло

Загартоване скло має більш високу міцність і опір термічним навантаженням, ніж термічно зміцнене скло. Їхня стійкість до ударних навантажень у 4-5 разів вища, ніж у звичайних стекол без термічної обробки. У разі руйнування загартовані стекла руйнуються зі звільненням великої кількості енергії у вигляді дрібних округлих шматочків (рисунок 1). Такий характер руйнування знижує ризик тих, хто перебуває в цей час поряд. Тому це скло вважається безпечним.

Рисунок 1 - Характер руйнування загартованого скла

Термічно зміцнене скло

Термічно зміцнені стекла також забезпечують більш високий опір термічним та механічним навантаженнямв порівнянні зі звичайним склом. Це скло приблизно вдвічі міцніше порівняно з термічно необробленим склом. У разі руйнування термічно зміцнені шибки розбиваються на великі шматки, тому що при цьому виділяється набагато менше механічної енергії (рисунок 2). Це пов'язано з тим, що в ході термічної обробки ці скла піддаються меншим напругам у порівнянні з загартованим склом. Коли термічно зміцнене скло розбивається, воно зазвичай залишається на своєму місці в рамі вікна або в герметиці по периметру фасадного отвору. Термічно зміцнені стекла самі по собі не є безпечними, але широко застосовуються в безпечних багатошарових стеклах.

Рисунок 2 - Характер руйнування термічно зміцненого скла

Термічна обробка скла в гартованій печі

Термічна обробка скла відбувається так:

• Різання скла на задані розміри на спеціальних комп'ютеризованих столах.
• Обробка кромок, миття та сушіння скла. Обробка кромок полягає, наприклад, у їх притупленні або шліфування. Це знижує ризик руйнування скла в гартованій печі. На цьому етапі ще можливо виконувати різні отвори, вирізи та виїмки. Потім скла миють, щоб видалити всі сторонні забруднення, які можуть залишатися на них.
• Підвищення температури скла в загартованій печі до близько 600 ºС та витримці при цій температурі певний час залежно від товщини скла, його відбивних властивостей та інших характеристик.
• Швидке охолодження скла. На цьому етапі скло швидко охолоджується за допомогою декількох повітряних форсунок, які розташовані зверху та знизу скла. В результаті цього процесу в склі створюються стискаючі залишкові напруги поблизу його поверхні і розтягують залишкові напруги в центральних шарах скла. На цьому етапі, залежно від швидкості охолодження скла, воно стає або загартованим, або термічно зміцненим склом.
• Скло піддають прийманню, щоб переконатися, що вони відповідають вимогам, які встановлені у відповідних стандартах.

Термічна обробка скла та викривлення зображень

Зазвичай скло, встановлене в будівельній конструкції, піддається різноманітним навантаженням, які можуть викликати спотворення об'єкта, які ми бачимо крізь скло або відображення цього об'єкта зі скла. Ці спотворення визначаються як зміна форми, орієнтації чи розташування вихідного об'єкта. Чинники, які можуть викликати ці спотворення, включають такі:

• різницю висоти над рівнем моря місця виготовлення склопакетів та місця їх встановлення;
• зміни атмосферного тиску;
• зміна температури зовнішнього повітря;
• тиск рами на край скла або склопакета.

Нижче буде розглянуто вплив термічної обробки скла на викривлення оптичних об'єктів.

Про вплив зміни погодних умов – температури повітря та атмосферного тиску – на оптичні спотворення скла склопакетів

Сліди від роликів печі

У печі для загартування скла скло розм'якшується близько 600 ºС. Під час обробки в печі скло знаходиться в постійному циклічному зворотно-поступальному русі на керамічних роликах. В результаті, при проході через піч скло в тій чи іншій мірі набуває форми цих роликів, що викликає помітні хвилясті викривлення скла на більшості виробів з термічно обробленого скла, в тому числі, на склопакетах (рисунок 3).

Рисунок 3 - Оптичні викривлення від слідів роликів гартової печі
на загартованому склі склопакетів

Локальне відхилення від прямолінійності загартованого скла без покриття на довжині 300 мм не повинно перевищувати (рисунок 4):

• для скла з номінальною товщиною від 3 до 5 мм: 0,5 мм;
• для скла з номінальною товщиною від 6 до 25 мм: 0,4 мм.

Виробники скла здатні знижувати ці локальні відхилення від впливу роликів гартової печі до 0,13 мм.

Вимоги щодо локального відхилення від прямолінійності термічно зміцненого скла без покриття на довжині 300 мм жорсткіші, ніж для загартованого скла: воно не повинно перевищувати 0,3 мм;

Рисунок 4 - Загальний та локальний прогини скла:
1 - загальний прогин листа скла;
2 – ширина, висота або діагональ листа скла;
3 - локальний прогин (слід ролика);

4 – довжина 300 мм

Загальний прогин скла

Термічно оброблені стекла зазвичай мають різного роду відхилення від площинності. Залежно від розміру, товщини та типу скла, воно може мати прогин уздовж довжини та ширини, а також мати жолоблення в центрі.

Загальне відхилення від площинності загартованого скла без покриття не повинно перевищувати (див. рисунок 4):

• для скла з номінальною товщиною від 3 до 5 мм: 3 мм на 1 метр;
• для скла з номінальною товщиною від 6 до 25 мм: 2 мм на 1 метр.

Вимога за загальним відхиленням від площинності термічно зміцненого скла без покриття незалежно від товщини також становить 3 мм на 1 метр.

Термічно зміцнені стекла в багатошарових стеклах

Багатошарове скло іноді називають ламінованим, а також триплексами. Їх виготовляють із двох або більше стекол з розміщенням між ними спеціальної плівки. Всю цю «конструкцію» склеюють разом при підвищених температуріта тиск у спеціальному автоклаві.

Багатошарове скло є безпечним, тому що при їх руйнуванні фрагменти скла залишаються приклеєними до плівки, що знижує ризик пошкодження для людей.

Багатошарове скло може виготовлятися як зі звичайних відпалених стекол, так і з термічно зміцненого скла. Застосування в багатошаровому склі термічно зміцненого скла має наступні переваги:

• Термічно зміцнене скло в два рази міцніше відпаленого скла тієї ж товщини. Ця підвищена міцність дає можливість більшим склам виконувати вимоги з вітрового навантаження без необхідності застосування товстіших відпалених стекол.
• Термічно зміцнені стекла знижують ймовірність руйнування скла під впливом термічних та механічних навантажень.

Термічно зміцнені стекла привносять у багатошарові стекла характерні для них оптичні спотворення, такі як сліди від роликів загартованої печі. Однак ці спотворення мають набагато менш помітний характер, ніж для загартованого скла. Особливість конструкції багатошарового скла може давати новий типоптичних спотворень: ефект лінзи у місцях потовщення плівки чи непаралельності двох стекол.

Корисна інформація про застосування термічно обробленого скла

• Оптичні спотворення більш помітні на термічно обробленому склі з підвищеною відбивною здатністю.
• Застосування більш товстого скла та застосування для всього проекту скла однієї товщини допоможе знизити ступінь оптичних спотворень термічно обробленого скла. Оптичні спотворення на товстіших стеклах зазвичай менш помітні.
• У документації на світлопрозорі конструкції із застосуванням термічно обробленого скла доцільно вказувати, що всі скла повинні бути виготовлені одним і тим же виробником і на тому самому обладнанні.
• Щоб мінімізувати локальні відхилення скла від площинності (сліди роликів) на загартованих або термічно зміцнених стеклах необхідно вказувати в замовленні на такі стекла напрямок їх руху через загартовану піч: знизу вгору, а не зліва направо (рисунок 5). Це зробить хвилі від роликів гартової печі менш помітними для очей людей, які рухаються повз ці шибки.

Рисунок 5 - Рекомендована орієнтація скла в гартованій печі

Джерела:

1. Glass Heat Treatment – ​​Матеріали фірми MULTIVER Ltd, 2017

2. Roller Wave Distortion - Definition, Causes and 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, матеріали фірми Cristacurva, 2017

Детальніше дізнатися про навісні вентильовані фасади ви можете.

Основна відмінність між стандартним та загартованим склом – це метод виробництва. Загартоване скло створюється шляхом нагрівання та наступного швидкого охолодження. Матеріал, оброблений таким методом, набуває нових характеристик і змінює структуру.

То що це означає для вас, споживачів?

Однією з основних характеристик загартованого скла є відмінність у поведінці матеріалу при отриманні пошкоджень. Звичайне скло при механічній дії розіб'ється на великі нерівні шматки, загартоване скло розсипається на дрібні шматочки. Це позбавляється небезпеки отримати травму через осколки або гострі кромки і робить його набагато безпечнішим варіантом, тому загартоване скло часто називають "безпечним склом".

Де зазвичай використовується загартоване скло?

Завдяки низці переваг в аспекті безпеки та термостійкості (в результаті виробничого процесу), загартоване скло використовується в каво-машинах, для комп'ютерних моніторів, для віконних блоків та багато іншого. Однак, найчастіше воно знаходить застосування як захисна плівка для мобільних телефонів та інших портативних пристроїв, які найбільше схильні до різних механічних пошкоджень.

Переваги загартованого скла для вашого телефону (та інших гаджетів)?

Протектори із загартованого скла - найпоширеніший аксесуар для мобільних пристроїв. Зовні вони дуже схожі на пластикові кришки. Тим не менш, можна виділити досить багато суттєвих відмінностей:

• Завдяки теплостійкості загартоване скло захищає ваш телефон від можливих пошкоджень, отриманих при високих температурах.
• Загартоване скло не так легко подряпати чи пошкодити, порівняно зі стандартним склом та пластиковою кришкою телефону.
• Загартоване скло в п'ять разів товщі, ніж пластикові протектори екрану, тому забезпечує найкращий захист від ударів.
• Загартоване скло протягом тривалого часу здатне зберігати початковий зовнішній виглядекран телефону.

Завдяки вищезгаданим перевагам протектори із загартованого скла поставляються за вищими цінами.

Чи варто оплачувати різницю у ціні?

Завдяки захисту від високих температур, ударів та подряпин протектори із загартованого скла - це надійний спосіб зберегти екран вашого телефону в первозданному вигляді. А якщо ви втратите телефон, то ризик пошкодити екран буде зведений до мінімуму, тому ви уникнете ризику пошкодити пристрій. Деякі прихильники комплектують екрани своїх моделей загартованим склом Gorilla Glass, в основному це міцні та удароміцні моделі смартфонів, які мають на увазі використання в екстремальних умовах.

Загартоване скло використовується у багатьох галузях виробництва. Воно має одну дуже важливу властивість - при розбиванні розсипається на безліч дрібних квадратиків з тупими гранями. Це набагато знижує ризик отримання травми людиною, яка опинилася в епіцентрі руйнування скла.

Такий ефект досягається шляхом спеціальної обробки, яка має подібну технологію із гартуванням металу. Загартування скла відбувається в таких же умовах, але при менших температурах нагріву. Процедура обробки підвищує вартість матеріалу, але його експлуатаційні параметри стають у рази кращими, так що загартування є цілком рентабельною справою.

Особливості виробництва матеріалу

Виробництво загартованого скла відбувається шляхом обробки стандартного матеріалу. Тобто на етапі виготовлення не застосовуються жодні методики, що дозволяють склу отримати певні механічні властивостіабо додаткову стійкість. До складу можуть бути введені додаткові елементи, які посилять загартування, але розкриють свій потенціал тільки після термічної обробки. Так що виготовлення загартованого скла неможливо без його випалу з подальшим охолодженням. Матеріал поміщають у спеціальну піч, у якій його нагрівають до температури 650-680 градусів за Цельсієм.

У цьому режимі скло проводить певний проміжок часу, який залежить від товщини матеріалу та хімічного складупевної марки. Після нагрівання відбувається різке охолодження скла за допомогою повітряного потоку. При цьому повітря подається з двох боків, інакше загартувати скло не вийде. В результаті маніпуляцій на поверхні матеріалу утворюється шар з залишковою напругою стиснення, який при ударах не дозволяє склу розколюватися на уламки, а просто розсипається на квадратні частинки.

Сфера застосування

Основними характеристиками загартованого скла є його висока механічна міцність, термостійкість та ударна в'язкість. Це матеріал у кілька разів міцніший за звичайне скло. Його досить важко розбити, тому він застосовується у виробництві зовнішніх вітрин магазинів. Двері із загартованого скла також широко поширені та використовуються на багатьох будинках різного призначення. Крім міцності на вибір матеріалу, впливає також і його безпека. Якщо раптом вітрина або двері будуть розбиті, люди, які знаходяться неподалік, не отримають серйозних травм.

Перегородки із загартованого скла встановлюються в офісах великих компаній. Вони забезпечують відмінний рівень шумоізоляції, тому працівники різних відділів не заважатимуть один одному. І водночас завдяки прозорим стінам начальство завжди зможе контролювати робочий процес, не встаючи зі свого місця. Якщо хтось халтуритиме, це одразу ж стане помітно.

Панелі із загартованого скла встановлюють усередині магазинів для захисту товарів. Найчастіше вони використовуються для продажу ювелірних виробів. Зловмиснику буде дуже важко розбити одним ударом скло і щось вкрасти. А зазнавши невдачі з першого разу, він швидше за все втече.

Захисне загартоване скло використовується в автомобільному виробництві. З нього можуть виготовляти бічні та задні вікна машини. Але використання матеріалу для лобових вікон суворо заборонено. Дрібні частки під час аварії можуть серйозно травмувати органи зору, тому для переднього скла використовується інший матеріал. Він називається загартоване скло триплекс. Його особливістю є багатошаровість. Причому всі шари з'єднані між собою спеціальною плівкою, що клеїть.

При аварії вона утримує всі уламки і не дозволяє їм травмувати людей, що знаходяться в салоні. Виготовляється триплекс шляхом пресування за високої температури середовища. Така технологія забезпечує максимальне зчеплення між поверхнями. Відгуки про загартоване скло мають суто позитивний характер, оскільки з його появою істотно знизився травматизм при аваріях, пов'язаний з осколковими травмами і порізами.

Товщина загартованого скла залежить від функцій, що покладаються на нього. Якщо необхідно просто убезпечити людей від травми, підійде і тонкий матеріал. А якщо скло має захищати матеріальні цінностівід несанкціонованого доступу, знадобиться міцніша модель. Наприклад, загартоване скло в 4 міліметри використовується для виготовлення стільниць та скління внутрішніх приміщень. Воно в 5 разів міцніше за звичайне скло такої ж товщини, але все-таки не може протистояти сильним ударам важкими предметами.

А ось загартоване скло в 10 мм відмінно підійде для зовнішньої обробки. Його практично неможливо розбити одним ударом, що повинно відлякати грабіжників, оскільки на сигналізацію, що спрацювала, скоро приїде наряд поліції для з'ясування причин тривоги.

Скло загартованого типу сьогодні користується великим попитом, незважаючи на те, що його вартість вища, ніж у звичайного.

В даний момент, загартоване скло використовується з метою внутрішнього або зовнішнього оздоблення, а також виробництва різних виробів.

Завдяки цьому даний матеріал набирає все більшої популярності.

Як виготовляється скло гартованого типу

Щоб зрозуміти, які етапи включає виробництво каленного скла, треба знати що фізичні параметри виробів залежатимуть від загальної кількості загартовувань. А відбувається цей процес за допомогою двох основних етапів:

1) На першому етапі виготовляється склове полотно. Фахівці змішують потрібні пропорції піску з кварцом і, в результаті виходить скляна маса, яка внаслідок прокатки. Проходячи прокатку, скло набуває листової конфігурації.

2) Проведення загартованих заходів проводиться багато разів, з метою зміни основних параметрів скла.

Проведення накалу може досягати дуже високих температур, а потім вироби піддаються обдуву холодним повітрям. Це зумовлює міцність та відсутність ризику механічних пошкоджень.

Переваги загартованого скла

· За міцністю таке скло є дуже надійним.

· На загартоване скло не впливають різкі зміни температурних умов.

Завдяки термостійкості, таке скло можна використовувати як для скління фасадів будівель, так і для виробництва душових кабін.

· Навіть, якщо скло зможе розбитися, воно є безпечним, у плані відсутності поранень. Якщо скло загартованого типу розбивається, воно розлітається на безліч закруглених уламків, що не відрізняються гостротою.

Нюанси роботи із загартованим склом

Вочевидь, що в усіх матеріалів існують певні недоліки, більшою чи меншою мірою. Зокрема, на рахунок даного типу стекол, можна сказати, що їх не можна обробляти після загартовування.

Так, якщо виробник хоче отримати, наприклад, візерунок або обрізку за розмірами, ці заходи проводяться до гарту.

Як відрізнити гартоване скло від звичайного?

Постачальники, які бажають схитрувати, часто користуються тим, що по зовнішності ці обидва типи скла схожі між собою, але все ж таки, існують певні відмінності:

Якщо провести легке постукування по поверхні, то звук відрізнятиметься (від розжареного скла виходить глухіший звук);

Наявність сітчастих контурів на склі розжареного типу, які можна розпізнати за допомогою поляризованих лінз;