Закалённое стекло
Закалённое стекло́ — обычное листовое стекло, получаемое нагревом до температуры закалки (650—680 °C) с последующим быстрым равномерным охлаждением холодным воздухом с обеих сторон. В результате такой обработки в поверхностных слоях стекла образуются остаточные механические напряжения сжатия, обеспечивающие его повышенную механическую прочность, термостойкость и безопасность при разрушении[1]. Разбиваясь, такое стекло разрушается на множество мелких осколков с тупыми гранями, которые не способны причинить серьёзные травмы (за исключением попадания в глаза). Подобный эффект является доказательством высокой ударной вязкости этого стекла. Равномерно распределяющаяся энергия ударов в течение сравнительно продолжительного времени образует очень мелкие микротрещины в стекле и позволяет получить мелкие осколки. Таким образом, закалённое стекло обладает тремя основными полезными свойствами, каждое из которых имеет своё предназначение в промышленности.
История и развитие
Первые упоминания о практическом эффекте термической закалки стекла восходят к XVII веку, когда мастера-стеклодувы обнаружили, что капли раскалённого стекла, попадает в холодную воду (так называемые «капли Принца Руперта»), приобретали удивительную прочность, пока не ломалась тонкая «хвостовая» часть — после чего вся капля взрывалась в мелкие безопасные осколки[2].
Промышленный процесс закалки стекла получил развитие в XIX веке. В 1874 году Франсуа Бартелеми Альфред Руа де ла Бастье из Парижа запатентовал способ закалки горячего стекла путём окунания его в масло или воду, а всего через несколько лет немецкий инженер Фридрих Зименс предложил нагревать стекло до высоких температур и охлаждать в формованных матрицах — это позволило получать прочные закалённые листы.
В начале XX века компания Saint‑Gobain во Франции, Triplex в США и Pilkington в Великобритании начали промышленный выпуск крупных листовых закалённых стёкол для автомобильных лобовых стёкол. В 1937 году Генри Форд впервые обязал использовать эти стекла в автомобилях марки Ford, что значительно повысило безопасность пассажиров[3].
Современный этап развития зародился в середине XX века. В 1948 году американский учёный Хэролд МакМастер патентует оригинальный способ изготовления высококачественного закалённого стекла для небоскрёбов и фасадов, оказавший решающее влияние на применение технологии в архитектуре и промышленности.
С конца XX — начала XXI века использование термически закалённого стекла приобрело массовый характер: оно стало основным материалом для фасадов, автомобильных стёкол, бытовой техники и экранов мобильных устройств — причём непрерывно совершенствуются методы полировки и покрытия, снижающие оптические дефекты и повышающие энергоэффективность[4].
Нормативы и стандарты
- ГОСТ Р 30698‑2014 «Стекло закалённое. Технические условия» — основные требования по качеству, безопасности, маркировке и испытаниям.
- ГОСТ Р 54162‑2010 «Стекло закалённое. Технические условия» — в том числе на гнутое термоупрочнённое стекло.
- ГОСТ 33087‑2014 «Стекло термоупрочнённое. Технические условия» — описывает область применения данного вида стекла в таких сферах, как: остекление светопрозрачных строительных конструкций, средства наземного транспорта, мебель и другие изделия, где требуется повышенная прочность при сохранении прозрачности.
- EN 12150 — европейский норматив на закалённое стекло; упоминается в российских ГОСТ.
- ANSI Z97.1, ASTM C1048 — американские стандарты для строительных и бытовых применений.
Назначение и применение
Безопасность и механическая прочность закалённого стекла используется в строительстве, в изготовлении посуды, психиатрии, витринах магазинов, для устройства заграждений на хоккейных площадках, мебельной, автомобильной и железнодорожной промышленности. Такое свойство, как термостойкость, позволяет остеклять здания без риска термошока, особенно для тонированных в массе стёкол. Единственной уязвимостью такого листового стекла является чувствительность к ударам в торец, поскольку в этом месте остаточные напряжения могут легко освободиться и разбить стекло целиком. Подобный эффект часто используется в дизайне (пример: трёхслойные столешницы или двери с эффектом «битого стекла»).
Закалённое стекло не подлежит резке, сверлению и другой механической обработке.
В автомобильной промышленности закалённое стекло используют для изготовления боковых или задних автостёкол. Использование закалённого стекла как лобового запрещено (мелкие, хоть и не острые осколки могут повредить глаза водителя или пассажиров). Для производства лобовых стёкол используют триплекс из незакалённого силикатного стекла. Хотя триплексы из закалённого стекла намного прочнее, они имеют недостаток: быстрая и полная потеря прозрачности из-за растрескивания по всей площади от одного сильного удара. Это, однако, не мешает использовать их в архитектуре и бронированных стёклах, где защита важнее прозрачности. Незакалённый триплекс с трещинами некоторое время может использоваться до замены. Закалённые автомобильные стекла маркируются английским словом «Tempered» — «закалённое стекло» — или буквой «T».
В СССР часто использовался термин «сталинит» (от «сталь»)[5] для обозначения ряда видов прочного закалённого стекла. Это использование сохранилось в архитектуре и строительстве.