Weißt du wirklich, was Sicherheitsglas ist?

Gehärtetes oder verstärktes Glas ist eine Art Sicherheitsglas, das durch kontrollierte thermische oder chemische Behandlungen verarbeitet wird, wodurch seine Festigkeit im Vergleich zu gewöhnlichem Glas erhöht wird. Das Tempern erzeugt Druckspannungen auf der Außenseite und Zugspannungen im Inneren des Glases. Diese Spannungen führen dazu, dass das Glas in kleine granulare Stücke zerbricht, wenn es bricht, anstatt in scharfe, gezackte Splitter wie Flachglas (auch bekannt als geglühtes Glas). Die granularen Fragmente sind weniger wahrscheinlich, Verletzungen zu verursachen.

Aufgrund seiner Sicherheit und Stärke wird Sicherheitsglas in verschiedenen anspruchsvollen Anwendungen eingesetzt, darunter Fenster von Personenkraftwagen, Duschabtrennungen, architektonische Glastüren und Tischplatten, Kühlschrankregale, Displayschutzfolien für Mobiltelefone, als Teil von kugelsicherem Glas, für Tauchermasken und in verschiedenen Arten von Geschirr und Kochgeschirr.

Gegossenes Glas hat ungefähr viermal die Festigkeit von geglühtem ("normalem") Glas. Die größere Kontraktion der inneren Schicht während der Herstellung induziert Druckspannungen auf der Glasoberfläche und Zugspannungen im Glasinneren. Vollständig gegossenes Glas mit einer Dicke von 6 mm muss eine minimale Oberflächenkompression von 69 MPa (10.000 psi) oder eine Kantenkompression von nicht weniger als 67 MPa (9.700 psi) aufweisen. Um als Sicherheitsglas klassifiziert zu werden, sollte die Oberflächenkompression über 100 MPa (15.000 psi) liegen. Aufgrund der erhöhten Oberflächenspannung zerbricht das Glas, wenn es bricht, nur in kleine, abgerundete Fragmente anstelle von scharfen, gezackten Stücke. Dieses Merkmal macht gegossenes Glas sicher für Hochdruck- und explosionssichere Anwendungen.

Es ist dieser Druckoberflächenstress, der dem gehärteten Glas seine höhere Festigkeit verleiht. Das geglühtes Glas, das fast keinen inneren Stress hat, entwickelt typischerweise winzige Oberflächenrisse; ohne Oberflächenkompression erzeugt jede auf das Glas ausgeübte Spannung Zugspannungen an der Oberfläche, die die Rissausbreitung vorantreiben. Sobald ein Riss beginnt, sich auszubreiten, wird die Spannung weiter an der Rissspitze konzentriert, was dazu führt, dass er sich mit der Geschwindigkeit des Schalls im Material ausbreitet. Infolgedessen ist geglühtes Glas spröde und zerbricht in unregelmäßige, scharfe Fragmente. Auf der anderen Seite enthält der Druckstress auf gehärtetem Glas Defekte und verhindert deren Ausbreitung oder Expansion.

Jedes Schneiden oder Schleifen muss vor dem Härten durchgeführt werden. Schneiden, Schleifen oder starke Stöße nach dem Härten können dazu führen, dass das Glas zerbricht.

Die durch das Tempern verursachten Spannungsmuster können beobachtet werden, indem man das Glas durch einen optischen Polarisator betrachtet (z. B. ein Paar polariserte Sonnenbrillen).

Gegossenes Glas wird verwendet, wenn Stärke, Hitzebeständigkeit und Sicherheit entscheidende Überlegungen sind. Zum Beispiel benötigen Personenkraftwagen alle drei Eigenschaften. Draußen gelagert, sind sie das ganze Jahr über ständigen Heiz- und Kühlvorgängen sowie drastischen Temperaturschwankungen ausgesetzt. Darüber hinaus müssen sie Straßenabfällen wie Kies und leichten Stößen aus Verkehrsunfällen standhalten. Da große, scharfe Glassplitter eine zusätzliche Gefahr für die Passagiere darstellen (was inakzeptabel ist), wird gehärtetes Glas verwendet, damit es in stumpfe, fast harmlose Stücke zerbricht. Windschutzscheiben bestehen aus Verbundglas, das beim Brechen nicht in Fragmente zerbricht, während Seitenfenster und Heckscheiben typischerweise aus gehärtetem Glas bestehen.

Andere typische Anwendungen von Sicherheitsglas sind:

Einscheibenglas wird auch für rahmenlose Komponenten in Gebäuden (z. B. rahmenlose Glastüren), strukturell belastete Anwendungen und alle anderen Anwendungen verwendet, die bei menschlichem Kontakt gefährlich werden könnten. In den Vereinigten Staaten verlangen Bauvorschriften in bestimmten Situationen Einscheibenglas oder laminiertes Glas, einschließlich Oberlichter, Bereiche in der Nähe von Türen und Treppen, große Fenster, Fenster in Bodennähe, Schiebetüren, Aufzüge, Zugangsplatten für die Feuerwehr und Bereiche in der Nähe von Schwimmbecken.

Einscheibensicherheitsglas wird auch in Haushalten verwendet. Häufige Möbel und Geräte im Haushalt, die Einscheibensicherheitsglas verwenden, sind rahmenlose Duschkabinen, Glastische, Glasregale, Kabinettglas und Kaminverglasungen.

"Tempered edge" bedeutet, dass ein begrenzter Bereich (z. B. der Rand eines Glases oder Tellers) gehärtet ist, was in der Gastronomie beliebt ist. Allerdings bieten spezialisierte Hersteller auch vollständig gehärtete/gehärtete Trinkgeschirr-Lösungen an, die zusätzliche Vorteile in Form von Festigkeit und Temperaturwechselbeständigkeit bieten. In einigen Ländern werden diese Produkte für Einrichtungen spezifiziert, die höhere Leistungsniveaus oder sichereres Glas aufgrund häufiger Nutzung erfordern.

Die Verwendung von Sicherheitsglas in Bars und Kneipen hat ebenfalls zugenommen, insbesondere im Vereinigten Königreich und Australien, um zu verhindern, dass zerbrochenes Glas als Waffe verwendet wird. Sicherheitsglasprodukte sind in Hotels, Bars und Restaurants zu finden, um Brüche zu reduzieren und die Sicherheitsstandards zu verbessern.

Bestimmte Formen von Sicherheitsglas werden zum Kochen und Backen verwendet. Hersteller und Marken sind Glasslock, Pyrex, Corelle und Arc International. Dies ist auch die Art von Glas, die für Ofentüren verwendet wird.

Gegossenes Glas kann durch einen thermischen Temperierungsprozess aus geglühtem Glas hergestellt werden. Das Glas wird auf ein Rollband gelegt und durch einen Ofen geführt, wo es auf weit über seine Übergangstemperatur von 564 °C (1.047 °F) auf etwa 620 °C (1.148 °F) erhitzt wird. Das Glas wird dann schnell mit Druckluft abgekühlt, während das Innere für kurze Zeit fließend bleibt.

Ein weiterer chemischer Härteprozess besteht darin, eine mindestens 0,1 mm dicke Oberflächenschicht auf der Glasoberfläche durch Ionenaustausch zu komprimieren – dabei werden Natriumionen an der Glasoberfläche durch Kaliumionen (30 % größer) ersetzt – gefolgt von einem Eintauchen in ein geschmolzenes Kaliumnitrabad. Im Vergleich zur thermischen Temperierung verbessert die chemische Härtung die Zähigkeit und kann auf Glasobjekte mit komplexen Formen angewendet werden.

Das gehärtete Glas muss vor dem Tempern auf die Größe zugeschnitten oder in Form gepresst werden und kann nach dem Tempern nicht weiter bearbeitet werden. Kanten oder gebohrte Löcher im Glas werden vor Beginn des Temperprozesses poliert. Aufgrund des Spannungsgleichgewichts im Glas führt eine Beschädigung eines Teils letztendlich dazu, dass das Glas in daumennagelgroße Stücke zerbricht. Das Glas bricht am wahrscheinlichsten aufgrund von Beschädigungen an den Kanten, wo die Zugspannung am höchsten ist, kann jedoch auch zerbrechen, wenn es starkem Aufprall oder konzentrierter Kraft in der Mitte der Glasscheibe ausgesetzt wird (z. B. wenn das Glas mit einer gehärteten Spitze geschlagen wird).

In einigen Fällen kann die Verwendung von Sicherheitsglas ein Sicherheitsrisiko darstellen, da es bei starkem Aufprall vollständig zerbricht, anstatt Fragmente im Rahmen zu behalten, was zu verletzungsbedingten Schäden führen könnte.

Wenn die Oberfläche von gehärtetem Glas mit diesem Verfahren hergestellt wird, können Oberflächenwellen entstehen, die durch den Kontakt mit Glättwalzen verursacht werden. Diese Welligkeit ist ein erhebliches Problem bei der Herstellung von Dünnschichtsolarzellen. Das Floatglasverfahren kann verwendet werden, um verzerrungsarme Platten mit sehr flachen und parallelen Oberflächen als Alternative für verschiedene Glasanwendungen bereitzustellen.

Nickelsulfid-Einschlüsse können dazu führen, dass Sicherheitsglas Jahre nach der Herstellung spontan bricht.