Szkło - najważniejsze właściwości
Jakie są właściwości szkła? Jak wykorzystać szyby w pozyskiwaniu naturalnego światła? Czy szyba może być grzejnikiem? Jak dzięki szybom zaoszczędzić na ogrzewaniu? Dlaczego szyby tłumią hałas? Jak dzięki szybom można chronić życie, zdrowie i mienie? To tylko pozornie proste pytania. Dzięki uprzejmości firmy GLASSOLUTIONS otrzymaliśmy możliwość zaprezentowania fragmentów przewodnika po szkle opracowanego przez światowego potentata w tej branży firmę SAINT-GOBAIN GLASS. Jeśli chcecie wiedzy o szkle z „pierwszej ręki” zapraszamy Was na „LATO Z GLASSOLUTIONS”, wakacyjną wędrówkę po świecie szkła.
Szkło, skład i technologia
Stosowane w budownictwie szkła sodowo-wapniowo -krzemianowe (szkła „zwykłe”) mają następujący skład:
- Substancja szkłotwórcza – krzemionka (70-72%) wprowadzana za pomocą piasku kwarcowego;
- Tlenek sodu (ok. 14%) wprowadzany za pomocą węglanu sodu (topnik) lub siarczanu sodu (substancja klarująca);
- Stabilizator – tlenek wapnia (ok. 10%) wprowadzany za pomocą mączki wapiennej;
- Inne tlenki, np. tlenek glinu lub magnezu, które poprawiają własności fizyczne szkła, zwłaszcza odporność na działanie czynników atmosferycznych;
- Przy niektórych rodzajach szkła, dodatek określonych tlenków metali (np.: kobalt i nikiel barwią szkło na szaro, a tlenek żelaza barwi szkło na niebiesko) pozwala na barwienie szkła w masie SGG PARSOL
Technologia
1 Zestaw szklarski
Do ze stawu szklarskiego dodaje się stłuczkę, dzięki czemu temperatura topnienia ulega obniżeniu. Transport, odważanie, mieszanie i zasyp są wykonywane automatycznie. Ze staw szklarski zostaje nawilżony, co pozwala uniknąć rozwarstwiania się surowców i wydzielania pyłu.
2 Piec szklarski
Wytwarzanie szkła składa się z trzech zasadniczych etapów:
- Wytop: Surowce ulegają stopieniu w temperaturze bliskiej 1550 °C.
- Klarowanie: Ze stopionego szkła wydostają się pęcherzyki gazu.
- Homogenizacja termiczna: Temperatura masy szklanej ulega obniżeniu, aż do uzyskania lepkości, potrzebnej w procesie formowania.
3 Kąpiel cynowa
Płynna masa szklana wylewa na jest na stopioną cynę o temperaturze ok. 1000 °C. Szkło, które ma niższą gęstość od cyny, płynie po jej powierzchni, tworząc taśmę o naturalnej grubości 5-6 mm (technologia float). Powierzchnie szkła są wygładzane z jednej strony przez powierzchnię cyny, z drugiej przez ogień. Przyśpieszając lub spowalniając rozlewanie się masy szklanej po powierzchni cyny, można uzyskać rożne grubości taśmy szkła.
4 Odprężanie
Po wyjściu z kąpieli cynowej, wstęga uformowanego szkła zostaje skierowana do odprężarki, czyli tunelu chłodzącego. Temperatura szkła ulega stopniowe mu obniżeniu z 620 do 250 °C. Dalszy proces schładzania odbywa się na powietrzu. Etap ten po zwala usunąć ze szkła wszelkie naprężenia wewnętrzne, które mogłyby przyczynić się do jego pękania podczas cięcia.
5 Cięcie
Taśma wystudzonego szkła jest automatycznie cięta na tafle o wymiarach maksymalnych 6000 x 3210 mm. Szkło bezbarwne SAINT-GOBAIN GLASS nosi nazwę SGG PLANILUX.
Własności mechaniczne szkła
1 Gęstość
Gęstość szkła wynosi 2,5 g/cm3. W przypadku szkła płaskiego, tafla o powierzchni 1m2 i grubości 1 mm posiada więc masę 2,5 kg. Masa właściwa szkła, wyrażona w jednostkach urzędowego systemu miar, wynosi 2500 kg/m2. Masa jednego metra kwadratowego szkła o grubości 4 mm wynosi więc 10 kg.
2 Wytrzymałość na ściskanie
Wytrzymałość szkła na ściskanie jest bardzo wysoka: 1000 N/mm, czyli 1000 MPa. Oznacza to, że rozbicie sześciennej kostki szkła o boku długości 1 cm wymaga obciążenia rzędu 10 ton.
3 Wytrzymałość na zginanie
Przy poddawaniu szkła zginaniu, jedna jego powierzchnia ulega ściskaniu, druga rozciąganiu. Wytrzymałość szkła na zginanie wynosi:
- 40 MPa (N/mm2) w przypadku niehartowanego szkła float
- 120-200 MPa (N/mm2) w przypadku szkła hartowanego (w zależności od grubości, obróbki krawędziowej i typu konstrukcji).
Wysoka wytrzymałość szkła hartowanego SGG SECURIT, która charakteryzuje się pięciokrotnie większą wytrzymałością na uderzenie ciałem miękkim od zwykłej szyby wynika z faktu, że tego rodzaju obróbka powoduje bardzo duże naprężenia wstępne powierzchni szkła. Uwzględniając współczynniki bezpieczeństwa, w tabeli poniżej podajemy naprężenia robocze dla najbardziej powszechnych i najczęstszych zastosowań, jakie są zalecane przez GLASSOLUTIONS POLSKA.
| Rodzaj szkła - Naprężenie średnie R (N/m2) | ||
| Szkło float (SGG PLANILUX, SGG PARSOL, SGG ANTELIO itd) | 45 x 106 | (PN-EN 572) |
| Szkło utwardzane (SGG PLANIDUR) | 70 x 106 | (PN-EN 1863) |
| Szkło hartowane termicznie (SGG SECURIT) | 120 x 106 | (PN-EN 12150) |
4 Sprężystość
Szkło jest materiałem idealnie sprężystym, niepodlegającym trwałym odkształceniom. Jest to jednak zarazem materiał bardzo kruchy, co oznacza, że przy przyłożeniu rosnącej siły zginającej, szkło ulega pęknięciu bez żadnych uprzednich objawów.
Moduł Younga E (współczynnik sprężystości wzdłużnej)
Moduł Younga określa, jaką siłę rozciągającą należałoby teoretycznie przyłożyć do pręta szkła, aby spowodować podwojenie jego długości pierwotnej. Wyraża się on w jednostkach siły na jednostkę powierzchni. Zgodnie z europejskimi normami, moduł Younga dla szkła wynosi:
E = 7 x 1010 Pa = 70 GPa
Wspołczynnik Poissona (współczynnik odkształcenia poprzecznego)
W przypadku, gdy pręt szkła poddany zostanie rozciąganiu, jego przekrój ulegnie zwężeniu (skurczeniu poprzecznemu). Współczynnik Poissona jest to stosunek względnego odkształcenia poprzecznego rozciąganego pręta do jego wydłużenia względnego w kierunku rozciągania. W przypadku szkła budowlanego wartość współczynnika Poissona wynosi 0,2.
Zachowanie termiczne
1 Rozszerzalność liniowa
Rozszerzalność liniowa materiału wyraża się jako współczynnik określający wydłużenie materiału na jednostkę długości przy wzroście temperatury o 1°C.
Współczynnik ten jest zazwyczaj podawany dla zakresu temperatur od 20 do 300 °C. Współczynnik rozszerzalności liniowej szkła wynosi 9 x 10-6 1/°C.
Przykład
Tafla szkła o długości 2 m (podanej w mm), w przypadku ogrzania o 30°C, ulegnie wydłużeniu o:
2000 x 9 x 10-6 x 30 = 0,54 mm
Podwyższenie temperatury o 100 °C powoduje wydłużenie 1 m szkła o około 1 mm.
W tabeli poniżej podajemy współczynniki rozszerzalności liniowej niektórych innych materiałów oraz odniesienie tych wartości do rozszerzalności linowej szkła
| Współczynnik rozszerzalności liniowej | Przybliżony stosunek w odniesieniu do szkła | |
| Drewno (jodła) | 4 x 106 | 0,5 |
| Cegła | 5 x 10-6 | 0,5 |
| Kamień (wapniowy) | 5 x 10-6 | 0,5 |
| Szkło | 9 x 10-6 | 1 |
| Stal | 12 x 10-6 | 1,4 |
| Cement (zaprawa) | 14 x 10-6 | 1,5 |
| Glin | 23 x 10-6 | 2,5 |
| Polichlorek winylu PCW | 70 x 10-6 | 8 |
2 Naprężenia termiczne
Ze względu na niską przewodność cieplną szkła częściowe rozgrzanie lub schłodzenie tafli szklanej wywołuje naprężenia, które mogą powodować jej pękanie „pod wpływem czynników termicznych”. Najbardziej powszechny przykład ryzyka pękania szkła pod wpływem naprężeń termicznych dotyczy osadzonych we wpuście krawędzi szkła, które poddane działaniu promieni słonecznych rozgrzewają się wolniej niż jego pozostała powierzchnia. Jeśli warunki montażu lub użytkowania mogą powodować wysokie różnice temperatur, należy podjąć odpowiednie środki ostrożności w zakresie montażu i obróbki krawędziowej. Dzięki dodatkowej obróbce cieplnej (typu hartowanie) szkło wytrzymuje różnice temperatur od 150 do 200 °C.
Opracowanie: OKNOTEST.PL
Na podstawie „Przewodnik po szkle” SAINT-GOBAIN GLASS oraz materiałów firmy GLASSOLUTIONS.
