Стекло. Листы и склейки: безопасность, удобство, красота
Еще до использования в стеклопакете листовому стеклу можно сообщить специальные качества. Например, сделать его более прочным, гибким, безопасным или красивым.
Несколькими способами:
-
изменив химический состав аморфной стекольной массы для будущей наплавки;
-
изменив физическую структуру готового твердого листа (которую иногда для удобства называют кристаллической структурой, хотя вообще-то стекло ― не кристалл);
-
подвергнув лист механической постобработке;
-
и используя дополнительные компоненты ― эмаль, клейкую пленку, сплошной полимерный слой, металлическую сетку, светодиоды… ― в том числе для многослойной склейки.
Закаленное стекло
Закаленное стекло ― это наиболее востребованный и распространенный на рынке вид обработанного стекла. Его выбирают для фасадного остекления из соображений прочности и безопасности, что особенно важно в общественных зданиях.
Именно закаленные стекла рекомендуется использовать для ограждений и для создания светопрозрачных конструкций на большой высоте. В том числе из гнутых листов.
Технология и физика закаливания
Каждый подготовленный лист ― уже раскроенный, с просверленными отверстиями ― помещается на подвижных катках в печь для каления. Там он медленно нагревается до температуры, близкой к температуре плавления. Лист постоянно катается, чтобы нагрев происходил равномерно. Он сохраняет форму, но материал становится аморфнее.
Достаточная температура зависит от химического состава стекла, условно это 670 градусов. По достижению нужной величины равномерно нагретый лист перемещается в охлаждающую камеру. Охлаждение обеспечивается интенсивным воздушным обдувом.
Важно добиться, чтобы поверхность листа остыла и затвердела как можно скорее, а внутренний массив при этом все еще оставался нагретым ― и расширенным из-за нагрева.
Теперь принудительно остуженный жесткий внешний слой удерживает напирающий изнутри горячий внутренний массив. Под таким напором меняется структура материала: внешний слой сдавливается. И остается сжатым навсегда.
В процессе архитектурного использования стекольному листу предстоит растягиваться от разнообразных нагрузок. Возникающие растяжения будут компенсироваться тем самым поверхностным сжатием, которое закладывалось в процессе закаливания. А сила случайных ударных воздействий ― распределяться из точки удара по всей поверхности.
Итоговый эффект от закаливания стекла
После закаливания в несколько раз увеличивается прочность стекла на удар, его упругость на изгиб и термическая стойкость.
Под весовой нагрузкой закаленное стекло прогибается, чтобы потом успешно вернуться в свое исходное состояние. Оно выдерживает умеренные удары, в том числе твердыми предметами, вплоть до камней или хоккейных шайб. В фасадном и оконном остеклении такие листы не боятся термического шока на границе резкой тени.
Разбитое закаленное стекло выглядит как груда осколков с безопасными нережущими краями. Причем оно не скалывается и не трескается, а сразу рассыпается целиком. Это первая важная характеристика материала.
Второй ключевой момент: при попытке разрезать готовый лист (или просверлить его) нарушается структура верхнего слоя, напряжения распространяются во все стороны ― и стекло также рассыпается. Такое качество можно рассматривать и как неудобное, и как большой плюс ― например, затрудняющий незаметный несанкционированный доступ в здание.
Третьим свойством, не очевидным обывателю, можно назвать повышенную уязвимость закаленного стекла к выщелачиванию.
Проблема выщелачивания
В состав фасадного стекла в обычных условиях входят так называемые щелочные и щелочноземельные окислы: Na2O, K2O, MgO, CaO. Положительные ионы из этих соединений достаточно активны, чтобы постепенно ― при достаточно длительном контакте с влагой ― переходить в водный раствор, замещаясь ионами водорода из раствора.
Окно не боится дождя. Однако если на него все время подтекает с крыши или из трубки кондиционера; если стеклопакет хранился в мокрой упаковке ― то реакция пройдет. Процесс называется выщелачиванием, или коррозией стекла.
Говоря житейским языком, твердые частицы вымываются из кремнеземного (SiO2) «каркаса», а их место занимает вода. Поверхность стекольного листа становится радужной или просто мутнеет, при хорошем освещении ― и если дело зашло далеко ― просматриваются каверны.
В случае с обычным наплавным стеклом все просто. Реакция начинается на поверхности листа и тормозится самопроизвольно, когда активные ионы удаляются, оставляя сплошной «очищенный» очень устойчивый кремнезем. Также при желании повреждения можно просто срезать, сошлифовать, сточить.
Ну а закаленный лист исправить невозможно. Выщелачивание для него ― процесс необратимый, причем он охватывает критически важный напряженный внешний слой.
Впрочем, можно предотвратить коррозию, принудительно удалив ионы заранее, до начала закаливания. Либо, как вариант, обеспечить готовому листу защиту от влаги. В сфере фасадного остекления для этого используется оклейка полимерной пленкой, склейки-сандвичи ― а также специально продуманные конструкции стеклопакетов и систем монтажа.
Вот почему закаленное стекло предпочтительно крепить механически, избегая прямого контакта с жидкими строительными растворами. Профессионалы закладывают это в своих рабочих проектах.
Декор: цветное, глушеное, матовое стекло
Для придания стекольной массе нужного оттенка обычно используются оксиды металлов (железа, меди, хрома, ванадия, никеля…) и реже ― иные соединения (например, оксид кобальта). В отличие от технологии напыления, они не наносятся на поверхность листа, а вводятся непосредственно в расплав.
При необходимости оконное листовое стекло выплавляется глушеным, то есть приглушающим свет. Эффект достигается за счет добавления в расплав рассеивающих микрочастиц. Визуально готовый лист кажется более или менее матовым, причем равномерно по всему массиву.
Классическое матирование выполняется механически и представляет собой антиполировку. Обычный прозрачный лист обрабатывается пескоструем, чтобы поверхность стала шероховатой. Более технологичный метод включает травление кислотой. Матировать можно весь лист или его часть; можно также нанести узор.
В отличие от глушеного стекла, матовому несложно позднее вернуть прозрачность, отполировав его заново. Матирование охватывает только внешнюю поверхность.
В фасадном остеклении широко востребованы все три технологии. Именно они зачастую обеспечивают декоративные эффекты. Уменьшение прозрачности также используется для достижения приватности внутренних помещений.
Поверхность стекла можно также украсить гравировкой или покрыть цветными эмалями, нанести изображение. Гравировка представляет собой еще один вид механической обработки, а промышленные эмали впекаются в лист (на ~600-800 градусах).
В большинстве случаев декорированное перечисленными способами стекло не возбраняется далее подвергать закалке.
Стемалит, или эмалированное стекло
Технология эмалировки стекла исторически использовалась в создании посуды, светильников, украшений ― в частности, в Богемии и Венеции. Но в последние годы все шире распространяется в архитектуре фасадов.
На плоский и уже раскроенный лист ― прозрачный, окрашенный, зеркальный ― наносится рисунок из прозрачных или непрозрачных красителей. Например, может использоваться порошок цветного стекла ― или керамические порошковые краски.
Теперь лист аккуратно вкатывается в печь, и покрытие впекается или вплавляется в массив, становясь с ним буквально единым целым. Одновременно проходит закаливание, то есть готовое полотнище окажется безопасным.
Получившийся рисунок визуально напоминает витраж. Но, во-первых, представляет собой именно единое (а не составное) изделие. А во-вторых, получается условно однородным по структуре, без обязательных в традиционном витраже металлических перемычек.
Принципиально, декораторы могут делать отдельные участки рисунка объемными. Однако на практике такой прием в остеклении фасадов не используется за невостребованностью; он больше характерен для интерьерных аксессуаров.
Безопасные триплексы
Триплексами в индустрии остекления называют тройные склейки, наиболее популярные в настоящее время. Как ясно из названия, они состоят из трех слоев: двух стекольных листов и полимерной пленки, проложенной между ними. Вместо пленки может использоваться и заливной слой полимера.
Как и закаленное стекло, триплексы считаются безопасными при разбивании, потому что полимер удерживает твердые осколки от полного осыпания. При этом отдельные куски могут отклеиваться и отлетать; а также есть риск, что разбитый триплекс выпадет весь целиком, единым «полотнищем».
Триплексы уступают закаленному стеклу в светопропускании, они заведомо толще и потому тяжелее. Зато и шумы изолируют лучше. Полимеру можно придать дополнительные функции: сделать его цветным или отражающим, а стекло использовать самое обычное.
На рынке существуют и экзотические варианты исполнения триплексов. Например, с интегрированными во внутренний слой RGB-светодиодами.
При прочих равных именно триплексы обычно получаются более бюджетными в производстве в сравнении с закаленными листами.
Безусловно, ничто не мешает изготовить склейку не из трех слоев, а из большего их количества. Это практикуется в спецпроектах с нестандартными требованиями к прочности, энергоэффективности, внешнему виду.
Резюме
Наплавное оконное стекло может быть энергоэффективным, функциональным, декоративным даже вне стеклопакета.
Для безопасного остекления используются закаленные листы или склейки. Оба решения успешно сочетаются между собой в современных архитектурных объектах.
