Różnice między szybą float a hartowaną dla budownictwa

Czym różni się szyba float od hartowanej?

To pytanie, choć może wydawać się techniczne, ma kluczowe znaczenie dla każdego, kto staje przed wyborem odpowiedniego typu szkła do swojego domu, biura czy przestrzeni publicznej. Szkło jest wszechobecne w nowoczesnej architekturze – od prostych okien, przez szklane drzwi i balustrady, aż po zaawansowane fasady i dachy. Jednak „szkło” to pojęcie szerokie, a dwa z najczęściej spotykanych typów – szkło float i szkło hartowane – różnią się od siebie znacznie bardziej niż tylko nazwą. Zrozumienie tych różnic jest niezbędne, aby wybrać materiał, który najlepiej spełni wymagania dotyczące bezpieczeństwa, wytrzymałości, funkcjonalności i estetyki.

Na pierwszy rzut oka tafle szkła float i hartowanego mogą wyglądać identycznie, ale ich właściwości mechaniczne, termiczne i sposób zachowania w przypadku rozbicia są diametralnie różne. Te odmienności wynikają bezpośrednio z procesu produkcji, który nadaje szkłu specyficzne cechy. W tym artykule przyjrzymy się bliżej obu typom szkła, wyjaśnimy, jak powstają i co sprawia, że znajdują tak różnorodne zastosowania.

Co to jest szkło float i jak powstaje?

Zanim przejdziemy do różnic, warto dokładnie poznać każdy z typów szkła. Szkło float to standardowy rodzaj szkła płaskiego, który dominuje w większości zastosowań budowlanych i użytkowych. Jego nazwa pochodzi od innowacyjnej metody produkcji, znanej jako metoda float, opatentowanej przez Sir Alastaira Pilkingtona w połowie XX wieku. Ta technika zrewolucjonizowała produkcję szkła płaskiego, zastępując starsze, mniej doskonałe metody, takie jak szkło ciągnione.

Metoda float polega na wylewaniu stopionej masy szklanej na wannę wypełnioną roztopioną cyną. Szkło, będąc lżejsze od płynnej cyny, unosi się na jej powierzchni. Dzięki idealnie gładkiej i płaskiej powierzchni metalu, siła grawitacji sprawia, że szkło swobodnie rozpływa się, tworząc jednolitą, idealnie płaską wstęgę o równej grubości. Grubość tej wstęgi jest precyzyjnie kontrolowana poprzez regulację prędkości przepływu stopionej masy i wyciągania szkła z wanny. Ewentualne drobne nierówności na górnej powierzchni szkła (która nie styka się z cyną) są niwelowane przez palniki gazowe – proces ten nazywany jest ogniowym polerowaniem.

Po opuszczeniu wanny floatacyjnej, wstęga szkła ma temperaturę około 600°C i jest powoli, kontrolowanie schładzana w specjalnym tunelu. Ten etap, nazywany procesem odprężania, jest kluczowy. Polega na stopniowym obniżaniu temperatury szkła, co pozwala na redukcję naprężeń wewnętrznych, które powstały podczas stygnięcia. Dobrze odprężone szkło float charakteryzuje się mniejszym ryzykiem samoistnego pękania pod wpływem niewielkich zmian temperatury czy drobnych uszkodzeń.

Do produkcji szkła float wykorzystuje się starannie dobraną mieszankę surowców, w skład której wchodzą głównie piasek szklarski (około 73%), węglan sodu (13%), wapień (8%), dolomit (4%), tlenek glinu (1%), a także inne dodatki wpływające na kolor lub właściwości. Surowce są mieszane ze stłuczką szklaną i podgrzewane w piecu do temperatury około 1500°C, a następnie schładzane do 1200°C przed wylaniem na cynę.

Standardowe grubości szkła float wahają się od 0,4 mm do 25 mm. Gotowe tafle po schłodzeniu są cięte na formatki o pożądanych wymiarach.

Charakterystyczne cechy szkła float

Szkło float, dzięki swojej metodzie produkcji, posiada kilka charakterystycznych cech:

• Idealna płaskość i gładkość: Powierzchnia jest niemal pozbawiona zniekształceń optycznych, co zapewnia doskonałą przejrzystość.
• Lekko zielonkawy odcień: Jest to naturalny efekt obecności tlenków żelaza w surowcach. Odcień ten jest najbardziej widoczny przy krawędziach grubszych tafli.
• Standardowa wytrzymałość: Szkło float ma typową dla szkła kruchość. Jest podatne na uszkodzenia mechaniczne, zwłaszcza pod wpływem punktowego nacisku.
• Wrażliwość na szoki termiczne: Szkło float nie jest wysoce odporne na nagłe, znaczące zmiany temperatury lub nierównomierne nagrzewanie, co może prowadzić do pęknięć termicznych. Jego odporność termiczna wynosi zazwyczaj do różnicy temperatur rzędu 70°C.
• Możliwość obróbki: Szkło float można łatwo ciąć, wiercić, szlifować i frezować po procesie produkcji. Jest to także baza do tworzenia szkieł specjalistycznych poprzez laminowanie (szkło VSG) lub hartowanie (szkło ESG).
• Podatność na pękanie na ostre kawałki: W przypadku rozbicia, szkło float rozpada się na duże, ostre odłamki, które mogą być niebezpieczne.

Warto wspomnieć o odmianie szkła float – szkle Optiwhite. Jest to szkło float o obniżonej zawartości tlenków żelaza. Dzięki temu jest praktycznie bezbarwne, nawet w przypadku grubszych tafli, a zielonkawy odcień przy krawędziach jest minimalny lub niewidoczny. Szkło Optiwhite charakteryzuje się wyższą przepuszczalnością światła i znajduje zastosowanie wszędzie tam, gdzie kluczowa jest neutralność barw i maksymalna transparentność, np. w gablotach muzealnych, akwariach czy elementach mebli.

Co to jest szkło hartowane i jak powstaje?

Szkło hartowane, często oznaczane jako ESG (z niemieckiego Einscheiben-Sicherheitsglas – jednowarstwowe szkło bezpieczne), to szkło, które zostało poddane specjalnej obróbce termicznej w celu zwiększenia jego wytrzymałości i bezpieczeństwa. Proces hartowania polega na nagrzaniu standardowej tafli szkła float do bardzo wysokiej temperatury, bliskiej punktu mięknienia (około 600°C), a następnie jej gwałtownym schłodzeniu za pomocą strumieni sprężonego powietrza skierowanych jednocześnie na obie powierzchnie.

Takie szybkie chłodzenie powoduje, że zewnętrzne warstwy szkła stygną i kurczą się znacznie szybciej niż warstwy wewnętrzne. Gdy wnętrze szkła stygnie i również próbuje się skurczyć, jest „blokowane” przez już zestalone, skurczone warstwy zewnętrzne. W efekcie powstaje struktura, w której zewnętrzne warstwy szkła znajdują się pod trwałym naprężeniem ściskającym, a wewnętrzne pod naprężeniem rozciągającym. To właśnie to wewnętrzne naprężenie sprawia, że szkło hartowane jest znacznie bardziej wytrzymałe od zwykłego szkła float.

Kluczowe właściwości szkła hartowanego

Szkło hartowane znacząco różni się od szkła float pod względem kluczowych właściwości:

• Zwiększona wytrzymałość mechaniczna: Dzięki naprężeniom wewnętrznym, szkło hartowane jest od 4 do 5 razy bardziej odporne na zginanie, uderzenia i nacisk punktowy niż szkło float o tej samej grubości.
• Wyższa odporność termiczna: Szkło hartowane jest znacznie bardziej odporne na szoki termiczne i nagłe zmiany temperatury. Może wytrzymać różnice temperatur rzędu 270°C, podczas gdy szkło float pęka już przy około 70°C. To czyni je idealnym do zastosowań, gdzie występują duże wahania temperatur lub nierównomierne nagrzewanie (np. szyby narażone na silne słońce, częściowo zacienione).
• Bezpieczny sposób pękania: To kluczowa cecha szkła hartowanego i powód, dla którego jest ono nazywane szkłem bezpiecznym. W przypadku rozbicia (np. wskutek bardzo silnego uderzenia), energia zgromadzona w naprężeniach wewnętrznych powoduje, że cała tafla rozpada się na tysiące małych, tępych kawałków o zaokrąglonych krawędziach. Te fragmenty, w przeciwieństwie do ostrych odłamków szkła float, minimalizują ryzyko poważnych zranień.
• Brak możliwości dalszej obróbki po hartowaniu: Ze względu na strukturę wewnętrznych naprężeń, szkła hartowanego nie można ciąć, wiercić ani szlifować po zakończeniu procesu hartowania. Wszelkie niezbędne modyfikacje (wycięcia, otwory, szlifowanie krawędzi) muszą być wykonane na tafli szkła float przed jej hartowaniem. Piaskowanie czy trawienie kwasem również może osłabić szkło hartowane.

Czym różni się szyba float od hartowanej? Bezpośrednie porównanie.

Podsumujmy najważniejsze różnice między szkłem float a szkłem hartowanym:

1. Proces Produkcji: Szkło float powstaje przez wylewanie na cynę i powolne chłodzenie (odprężanie). Szkło hartowane powstaje ze szkła float, które jest nagrzewane do wysokiej temperatury i gwałtownie schładzane (hartowanie).
2. Wytrzymałość Mechaniczna: Szkło float ma standardową kruchość. Szkło hartowane jest 4-5 razy bardziej odporne na zginanie i uderzenia.
3. Odporność Termiczna: Szkło float wytrzymuje różnice temperatur do ok. 70°C. Szkło hartowane wytrzymuje różnice temperatur do ok. 270°C.
4. Sposób Pękania / Bezpieczeństwo: Szkło float pęka na duże, ostre kawałki. Szkło hartowane rozpada się na małe, nieostre fragmenty, minimalizując ryzyko zranienia (szkło bezpieczne).
5. Obróbka po Produkcji: Szkło float można ciąć, wiercić, szlifować. Szkła hartowanego nie można w żaden sposób obrabiać po hartowaniu.
6. Koszt: Zazwyczaj szkło float jest tańsze w produkcji i zakupie niż szkło hartowane ze względu na dodatkowy etap procesu hartowania.
7. Naprężenia Wewnętrzne: Szkło float ma zredukowane naprężenia wewnętrzne dzięki odprężaniu. Szkło hartowane ma celowo wprowadzone naprężenia ściskające na zewnątrz i rozciągające wewnątrz.

W kontekście odporności termicznej szkła float, warto przyjrzeć się zagadnieniu rozszerzalności liniowej. Szkło, jak większość materiałów, zmienia swoje wymiary pod wpływem temperatury. Współczynnik rozszerzalności liniowej dla szkła float wynosi około α = 90 x 10⁻⁷ K⁻¹. Oznacza to, że tafla szkła o długości 1 metra wydłuży się o 0,009 mm przy wzroście temperatury o 1°C. Chociaż to niewielka wartość dla małych szyb, w przypadku wielkogabarytowych przeszkleń różnica temperatur rzędu 30-40°C może spowodować wydłużenie rzędu kilku milimetrów (np. szyba o długości 5 metrów może wydłużyć się o ponad 1 mm przy zmianie temperatury o 25°C).

Problem pękania termicznego szkła float pojawia się nie tylko przy jednolitym nagrzewaniu, ale przede wszystkim przy nierównomiernym. Gdy część szyby jest silnie nagrzana (np. przez słońce), a inna część pozostaje chłodna (np. w cieniu, za meblem, przy ramie okiennej, przy kratce wentylacyjnej), powstają naprężenia, których szkło float może nie wytrzymać. Im grubsza tafla i im większa różnica temperatur na jej powierzchni, tym większe ryzyko. Szkło hartowane, dzięki swojej strukturze naprężeń i wyższej odporności termicznej, jest znacznie lepiej przystosowane do takich warunków.

Istnieje również szkło półhartowane (często oznaczane jako HS – Heat Strengthened), które jest pośrednim rozwiązaniem między szkłem float a hartowanym. Powstaje w podobnym procesie jak szkło hartowane, ale z wolniejszym schładzaniem. Jest 2-4 razy bardziej odporne termicznie i mechanicznie niż szkło float, ale mniej niż szkło hartowane. Co ważne, w przypadku rozbicia pęka na większe fragmenty niż szkło hartowane i nie jest klasyfikowane jako szkło bezpieczne w takim samym stopniu jak ESG. Znajduje zastosowanie tam, gdzie wymagana jest podwyższona odporność termiczna (aby uniknąć pęknięć termicznych), ale pełne bezpieczeństwo rozbicia na małe kawałki nie jest absolutnym priorytetem, np. jako jedna z warstw w szybach zespolonych.

Zastosowanie szkła float i hartowanego

Wybór między szkłem float a hartowanym powinien być podyktowany specyfiką zastosowania i wymaganym poziomem bezpieczeństwa oraz wytrzymałości.

Szkło float jest idealne do zastosowań, gdzie kluczowa jest przejrzystość, płaskość i możliwość swobodnej obróbki, a ryzyko uszkodzenia lub szoku termicznego jest niskie lub akceptowalne. Jest powszechnie stosowane w:

• Standardowych szybach okiennych (często jako baza do produkcji szyb zespolonych z powłokami izolacyjnymi)
• Szybach drzwi wewnętrznych (jeśli nie ma wymogów dotyczących szkła bezpiecznego)
• Lustrach
• Elementach mebli (blaty, półki, drzwi szafek – jeśli nie są narażone na uderzenia)
• Szkleniu ram obrazów
• Elementach dekoracyjnych.

Szkło hartowane jest niezbędne wszędzie tam, gdzie wymagana jest zwiększona wytrzymałość, odporność na szoki termiczne i bezpieczeństwo w przypadku rozbicia. Jego zastosowanie jest szerokie i obejmuje:

• Kabiny prysznicowe i drzwi szklane do łazienek
• Szklane balustrady na schodach i balkonach
• Drzwi całoszklane
• Przeszklenia w miejscach publicznych o dużym natężeniu ruchu (centra handlowe, biura, szkoły, szpitale)
• Szklane ściany działowe
• Blaty stołów narażone na uderzenia
• Półki szklane o dużym obciążeniu
• Elementy fasad budynków, zwłaszcza narażone na nierównomierne nasłonecznienie
• Szklane podłogi, schody, dachy i zadaszenia.

W nowoczesnym budownictwie, zwłaszcza w przypadku dużych, przeszklonych powierzchni, bardzo często stosuje się szyby zespolone składające się z kilku tafli szkła (float, hartowanego, półhartowanego, laminowanego – VSG) oraz przestrzeni międzyszybowych wypełnionych gazem szlachetnym, a także powłok funkcyjnych (np. niskoemisyjnych). Kombinacja różnych typów szkła w jednym pakiecie szybowym pozwala osiągnąć optymalne parametry w zakresie izolacji termicznej, akustycznej, bezpieczeństwa i odporności na czynniki zewnętrzne. Na przykład, w oknach wielkogabarytowych często stosuje się szkło hartowane od zewnątrz, aby chronić przed pęknięciami termicznymi i mechanicznymi, a od wewnątrz szkło laminowane (VSG), aby w przypadku rozbicia szyba pozostała w ramie, zwiększając bezpieczeństwo użytkowników.

Podsumowanie i wnioski praktyczne

Zrozumienie, czym różni się szyba float od hartowanej, jest kluczowe dla dokonania właściwego wyboru szkła do konkretnego zastosowania. Szkło float to podstawa – płaskie, przejrzyste, łatwe w obróbce, stosowane tam, gdzie nie ma szczególnych wymogów dotyczących wytrzymałości i bezpieczeństwa. Szkło hartowane to szkło „wzmocnione” – o znacznie wyższej odporności na uderzenia i szoki termiczne, a co najważniejsze, bezpieczne w przypadku rozbicia.

Wybierając szkło, zawsze warto wziąć pod uwagę następujące czynniki:

• Bezpieczeństwo: Czy przeszklenie znajduje się w miejscu narażonym na uderzenia (np. drzwi, blaty, balustrady na wysokości) lub w przestrzeni publicznej, gdzie ryzyko zranienia osób jest kluczowe? Jeśli tak, szkło hartowane lub laminowane (VSG, często z wykorzystaniem hartowanych tafli) jest niezbędne.
• Obciążenia i uderzenia: Czy szkło będzie narażone na duże obciążenia statyczne (np. szklana podłoga) lub dynamiczne (np. uderzenia w drzwi)? Szkło hartowane oferuje znacznie wyższą wytrzymałość.
• Warunki termiczne: Czy szyba będzie narażona na silne, nierównomierne nasłonecznienie lub duże wahania temperatur (np. okna wielkogabarytowe, przeszklenia dachowe)? Szkło hartowane lub półhartowane minimalizuje ryzyko pęknięć termicznych.
• Możliwość obróbki: Czy po montażu konieczne będą jakiekolwiek modyfikacje szkła (np. wiercenie otworów na kable)? Jeśli tak, należy użyć szkła float (a następnie ewentualnie je hartować po wykonaniu otworów) lub rozważyć inne rozwiązania (np. specjalne systemy montażowe).
• Budżet: Szkło hartowane jest droższe od szkła float. Jednak inwestycja w bezpieczniejsze i bardziej wytrzymałe szkło w odpowiednich miejscach często pozwala uniknąć kosztownych napraw i potencjalnych wypadków w przyszłości.

Podsumowując, choć oba typy szkła pochodzą od tych samych surowców i mogą wyglądać podobnie, ich właściwości użytkowe są diametralnie różne. Szkło float to standard, idealny do wielu zastosowań, ale wymagający ostrożności. Szkło hartowane to rozwiązanie, które zapewnia znacznie wyższy poziom bezpieczeństwa i odporności, niezbędny w wielu nowoczesnych konstrukcjach i miejscach o podwyższonym ryzyku. Świadomy wybór odpowiedniego typu szkła to gwarancja trwałości, funkcjonalności i – przede wszystkim – bezpieczeństwa użytkowania przez lata. W przypadku wątpliwości zawsze warto skonsultować się ze specjalistami, którzy pomogą dobrać najlepsze rozwiązanie do konkretnego projektu.