konferencja 2018 banner

  

glass2018 480x120  

 lisec SS FastLAne

 

20180817doe12 baner-480-100

 

 

 

Emaliowanie krawędzi szkła architektonicznego
Data dodania: 22.10.18

Nowe rozwiązanie w zakresie emaliowania krawędzi z powłoką magnetronową wnosi system TEA (True Edge Application). Jest to specjalna aplikacja do malowania farbami ceramicznymi, opracowana wspólnie z producentem emalii Ferro w celu połączenia ze szkłem aarchitektonicznym GUARDIAN z powłoką magnetronową. Technologia ta zapewnia wytworzenie bardzo stabilnej i jednolitej powierzchni ceramicznej. Ten nowy proces otwiera możliwości dostarczania szkła powlekanego o wysokiej efektywności energetycznej do wielu różnych zastosowań, takich jak szklenie strukturalne, narożniki ze szkła, szklane dachy lub okna żaluzjowe. Proces polega na tym, że emalię ceramiczną nakłada się bezpośrednio na powłokę. Podczas kolejnego podgrzewania emalia ceramiczna rozpuszcza powłokę magnetronową i łączy się ze szkłem, tworząc bardzo silne wiązanie – porównywalne ze standardową emalią na szkle float. Po ochłodzeniu powłoka jest trwale osadzona – wtopiona w emalii ceramicznej. 

 

 

Wprowadzenie

 

Wdrożenie powlekanego szkła z termoutwardzalną powłoką termoizolacyjną lub przeciwsłoneczną było dużym krokiem w kierunku poprawy obsługi klienta i elastyczności w realizacji projektów z wykorzystaniem szkła architektonicznego. Doprowadziło to nie tylko do nowych możliwości dostarczania szkła hartowanego i wzmacnianego cieplnie, ale także do możliwości gięcia powlekanego szkła i, w zależności od rodzaju powłoki, nawet do drukowania na szkle odpowiednimi farbami ceramicznymi.

 

Drukowanie odbywało się na całej powierzchni w celu wytworzenia refleksyjnego szkła na tzw. spandrele lub na krawędzi tafli szkła w celu ukrycia elementów konstrukcyjnych lub stworzenia odpowiednich powierzchni do klejenia strukturalnego. Jednak dostępne dotychczas farby ceramiczne są kompatybilne tylko z kilkoma rodzajami powłok.

 

Poza tym zmiana barwy, w niektórych przypadkach była wyraźnie widoczna, zwłaszcza w przypadku bardzo przezroczystych powłok (rys. 1). Z drugiej strony, nowe generacje powlekanego szkła (zawierające dwie lub trzy warstwy srebra) zwykle nie są kompatybilne z farbami ceramicznymi. W konsekwencji wiele aplikacji można zrealizować tylko przy dużym nakładzie pracy przy użyciu konwencjonalnych metod przetwarzania.

 

 

2018 10 56 1

Rys. 1. Szkło powlekane z nadrukiem krawędziowym z typowymi zmianami koloru 

 

 

Aplikacje te obejmują: 

 

  • klejenie strukturalne (konstrukcyjne), 
  • całoszklane naroża, 
  • przeszklenia dachowe, 
  • szklane okna żaluzjowe, 
  • obrotowe lub uchylne okna całoszklane na fasadach.

 

Zwykle niezbędne do tego szkło hartowane i wzmacniane termicznie często musi być również odpowiednio powlekane, co zwykle wiąże się z długim i nieprzewidywalnym czasem dostawy, ryzykiem jakościowym, a także wysokimi kosztami logistyki.

 

Usunięcie powłoki na krawędziach szkła za pomocą szlifowania konwencjonalnego – automatycznego bezpośrednio na stole cięcia, albo ręcznego za pomocą odpowiedniego sprzętu – również zwykle prowadzi do niezadowalających wyników w odniesieniu do estetyki i jakości powierzchni (rys. 2). Ilość pracy niezbędnej do usunięcia powłoki z dużych obszarów powoduje również znaczne koszty.

 

 

2018 10 56 2

Rys. 2. Szkło z usuniętą powłoką funkcyjną z krawędzi poprzez szlifowanie, ma zwykle widoczne typowe ślady szlifowania

 

 

Nowa technologia przetwarzania

 

Technologia „System TEA”, opracowana we współpracy z Ferro, wiodącym producentem farb ceramicznych do szkła architektonicznego, umożliwia bezpośrednie drukowanie na powłokach, w tym także najnowszej generacji.

 

Metoda ta wykorzystuje całkowicie nowy rodzaj ceramicznej farby (emalii) rozpuszczającej materiały, która została stworzona do stosowania w połączeniu z termoutwardzalnymi powłokami magnetronowymi (napylonymi). Podczas procesu wypalania emalii powłoka jest całkowicie rozpuszczana w emalii.

 

Emalia TEA łączy się ze szkłem i przylega bardzo silnie – porównywalnie z tradycyjną farbą ceramiczną na szkle. Po schłodzeniu wszystkie składniki powłoki są chemicznie zobojętniane, podobnie jak pigmenty barwne i całkowicie wtapiane w emalię.

 

(...)

 

Ze względu na wydajność procesu znacznie zmniejsza się liczba etapów przetwarzania. Całkowite rozpuszczenie składników powłoki za pomocą farby ceramicznej powoduje, że nie jest konieczne szlifowanie powłoki przed emaliowaniem. Pozwala to na pominięcie etapu pracy, który jest najbardziej istotny dla produktu końcowego i który często odpowiada za nieodpowiedni wygląd i niejednorodną powierzchnię. Jednocześnie zmniejsza się ryzyko techniczne (w zakresie odpowiednio mocnej przyczepności) związane z planowanym klejeniem strukturalnym.

 

 

2018 10 57 1

Rys. 3. System TEA – schemat produkcji

 

 

Nakładanie emalii na szkle powlekanym i wypalanie

 

Kryterium decydującym o zastosowaniu farby jest możliwie najbardziej jednorodna powierzchnia emalii. Grubość mokrego filmu (mierzona bezpośrednio po nałożeniu farby) powinna wynosić co najmniej 44 μm (patrz również karta danych Systemu TEA firmy Ferro), aby zapewnić całkowite rozpuszczenie materiału powłoki. Grubość mokrego filmu należy sprawdzić przy pomocy odpowiednich pomiarów.

 

Powleczoną powierzchnię szkła można nadrukować na różne sposoby. Najlepsze wyniki osiąga się dzięki technice powlekania za pomocą wałków. Łatwo można uzyskać wilgotne powłoki o grubości >70 μm, a jednorodność emalii jest zazwyczaj bardzo dobra.

 

Inną opcją jest sitodruk. W tym przypadku należy zapewnić minimalną grubość filmu na mokro poprzez wybór odpowiedniego sita.

 

Ręczne nakładanie farby za pomocą ręcznego wałka jest możliwe, ale nie zalecane, ponieważ zapewnienie jednorodnej grubości emalii tą techniką jest bardzo trudne.

 

Kolejny proces suszenia jest równie decydujący dla uzyskania optymalnego wyniku. Zalecane są suszarki na podczerwień lub konwekcyjne.

 

Temperatura szkła powinna wynosić >130°C. Ważne jest, aby farba wysychała równomiernie i całkowicie. Farba jest wypalana podczas normalnej obróbki cieplnej szkła, aby uzyskać szkło hartowane lub wzmacniane termicznie. Ze względu na różny stopień odbicia dla długofalowego promieniowania cieplnego wykazywanego przez ceramiczną drukowaną powierzchnię i powłokę niskoemisyjną, szkło może ulec odkształceniu podczas ogrzewania w piecu i w obszarze chłodzenia z powodu różnic temperatury na powierzchniach szkła (po obu stronach tafli).

 

Te deformacje zależą od szerokości zadrukowanej powierzchni i liczby zadrukowanych krawędzi. W szczególności obwodowy druk wzdłuż wszystkich krawędzi szerokim pasem może prowadzić do silnego „wybrzuszenia” szkła w piecu. Parametry pieca należy odpowiednio dostosować.

 

 

2018 10 57 2

Rys. 4. System TEA – powłoka i emalia podczas przetwarzania

 

 

2018 10 57 3

Rys. 5. Oznaczanie grubości mokrej warstwy za pomocą miernika grubości warstwy

 

 

Testy i analizy

 

Przeprowadzono różne testy produktu końcowego. Celem było, po pierwsze, udowodnienie właściwości rozpuszczania powłoki przez farbę ceramiczną, a po drugie, przetestowanie właściwości emaliowanej powierzchni pod względem jej przydatności do odpowiednich zastosowań.

 

 

Dowód właściwości rozpuszczania powłoki

 

Aby udowodnić właściwości rozpuszczania powłoki, próbki badano analitycznie za pomocą SEM (Scanning Electron Microscopy – skaningowy mikroskop elektronowy) / EDX (Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy – detektory mierzące intensywność charakterystycznego promieniowania rentgenowskiego) lub WDX (Wavelength-Dispersive X-ray Spectroscopy – detektory mierzące długości fali, wykorzystujące zjawisko dyfrakcji promieniowania rentgenowskiego).

 

W procesie tym wszystkie materiały i kombinacje materiałów użyte w powłokach GUARDIAN musiały zostać uwzględnione. Dlatego różne powłoki zostały nadrukowane i odpowiednio przeanalizowane. Celem było udowodnienie całkowitego usunięcia składników powłoki na granicy faz. Innymi słowy, kompozycja powierzchni międzyfazowej (granica ośrodków) szkło/emalia pozostaje niezależna od rodzaju rozpuszczanej powłoki funkcyjnej.

 

W rzeczywistości, odpowiednie składniki powłoki, takie jak srebro (Ag) lub dielektryczne elementy powlekające, nie mogą być już znalezione na powierzchni rozdziału za pomocą sposobów opisanych powyżej. Dotyczy to zarówno powierzchni powleczonej, jak i przekroju poprzecznego do powierzchni szkła. Przykładem była między innymi powłoka SunGuard SNX 50/23-HT, składająca się z serii ponad 20 pojedynczych warstw.

 

 

2018 10 58 1

Rys. 6. Technika sitodruku (przykładowy schemat)

 

 

2018 10 58 2

Rys. 7. Technika powlekania za pomocą walców (przykładowy schemat)

 

 

Z analiz można wyciągnąć wniosek, że nie można wykryć żadnej zmiany w składzie farby ceramicznej TEA z powodu rozpuszczonych składników powłoki. Dotyczy to zarówno powierzchni zadrukowanych obszarów, jak i przekroju warstwy emalii. Wszystkie elementy różnych powłok funkcyjnych zostały całkowicie rozpuszczone. Zdjęcie SEM na rys. 8 przedstawia granicę między szkłem a emalią TEA. Analizy EDX dowodzą, że istnieje płynne przejście stężenia Si między szkłem float i emalią, co wskazuje na dobrą fuzję i stopienie się tych materiałów [2].

 

 

2018 10 58 3

Rys. 8. Zdjęcie szkła SEM z potrójną powłoką srebra SunGuard SNX i System TEA [2]

 

 

 2018 10 58 4

Rys. 9. System TEA w szkleniu strukturalnym (po lewej: szkło stopniowane, po prawej: ukryty system z zastawką)

 

 

Zachowanie przyczepności strukturalnego silikonu

 

Istotną przyczyną rozwoju technologii TEA był problem nieokreślonych właściwości powierzchni szkła po mechanicznym usunięciu (zeszlifowaniu) napylonych powłok funkcyjnych. Może to prowadzić do nieprzewidzianych zagrożeń, szczególnie w przypadku, gdy do tej powierzchni są przyklejane silikony konstrukcyjne (o wymaganej nośności).

 

Dlatego badano następujące silikony pod względem wiązania strukturalnego z powierzchnią TEA zgodnie z ETAG 002-1: 

 

  • Dow Corning DC 993 (test zdany), 
  • Dow Corning DC 3363 (test zdany), 
  • Sika SG 500 (test zdany), 
  • Sika IG-25 HM + (test nadal trwa).

 

 

Próbki do badań według ETAG 002-1 przechowywano w zmiennych temperaturach i poddawano obciążeniu, aż do zniszczenia. Ponadto badano wytrzymałość po przechowywaniu w wodzie w wysokiej temperaturze i po ekspozycji na UV, po przechowywaniu w mgle solnej NaCl, po przechowywaniu w wilgotnym środowisku zawierającym SO2 i po przechowywaniu w roztworze środka czyszczącego. Wymagania zostały spełnione w każdym przypadku.

 

Ponadto system TEA został przyjęty do ogólnej homologacji typu (AbZ) wydanej przez DIBt (Deutsches Institut für Bautechnik – Instytut Techniki Budowlanej w Niemczech) w zakresie stosowania Dow Corning DC 993 w połączeniu ze szkłem hartowanym, hartowanym po teście HST (heat-soake test), szkłem wzmacnianym termicznie – na fasadach ze szkleniem strukturalnym.

 

Powłoki magnetronowe objęte ogólną aprobatą typu AbZ (Z-70.1-75) są wymienione w załączniku. W celu uzyskania danych dotyczących odpowiedniej kontroli produkcji w ramach ogólnej homologacji typu, określono również następujące właściwości powierzchni zadrukowanych farbami ceramicznymi:

 

  • wytrzymałość na zarysowanie (ISO 1518): brak wykrywalnych zarysowań przy badaniu za pomocą igły testowej przy nacisku ≤16 N; 
  • porowatość (ASTM C 1048-92): brak przenikania przy badaniu izopropanolem; 
  • stopień zeszklenia szkła (DIN 67530): zmierzony 126,7 (wymagany: minimum 110 przy kącie 60°) [3].

 

 

Dowód właściwości szkła hartowanego po teście H ST

 

Celem było udowodnienie, że szkło hartowane po teście HST, a następnie nadrukowane emalią TEA, odpowiednio rozpuszcza powłoki magnetronowe i jest zgodne z normą EN 14179-1 Szkło w budownictwie. Termicznie wygrzewane hartowane bezpieczne szkło sodowo-wapniowo-krzemianowe. Część 1: Definicja i opis. Jako przykłady powlekanych szkieł wybrano SunGuard HD Neutral 67, względnie proste szkło przeciwsłoneczne oraz SunGuard SNX 50/23 HT, który jest wyposażony w niezwykle złożoną powłokę. W każdym przypadku testowano szyby o grubości 6 i 8 mm. Wszystkie testowane szyby spełniały wymagania normy.

 

 

2018 10 59 1

Rys. 10. Typowe zastosowanie szkła z krawędzią z emalią TEA (od lewej: układy całoszklane, okna na fasadzie całoszklanej: okna żaluzjowe, oszklenie dachowe, narożniki całoszklane)

 

 

Tabela 1. Klasyfikacja szyb ze szkła hartowanego po teście HST z nadrukiem emalią TEA zgodnie z EN 14179-1

2018 10 59 2

 

 

Podsumowanie i perspektywy

 

Obecnie nadruk na szkle emaliami ceramicznymi stosuje się coraz częściej wszędzie tam, gdzie elementy konstrukcyjne muszą być ukryte, na przykład w przypadku całoszklanych narożników lub okien żaluzjowych. „System TEA” otwiera możliwości zastosowania emalii na szkle architektonicznym z powłokami magnetronowymi (funkcyjnymi).

 

Dzięki tej nowej technologii można uzyskać jednorodne wizualnie powierzchnie szkła emaliowanego, które są zarówno stabilne mechanicznie, jak i chemicznie. Powierzchnie emalii TEA oferują niezawodne i sprawdzone właściwości przyczepności odpowiednie do klejenia silikonami konstrukcyjnymi elementów elewacyjnych. Jednocześnie uzyskuje się atrakcyjny, wizualnie jednolity wygląd zewnętrzny. Nowa metoda zmniejsza wydatki na produkcję i logistykę. Z jednej strony, można wyeliminować pracochłonne usuwanie powłoki z pasa wzdłuż krawędzi, co często wiąże się z niską jakością produktu końcowego. Z drugiej strony, można stosować szyby z termicznie utwardzalnymi powłokami magnetronowymi zamiast dawniejszej, tradycyjnej metody nakładania powłoki funkcyjnej na przyciętą na wymiar i zahartowana formatkę szklaną.

 

Podsumowując, można oczekiwać, że zastosowanie technologii TEA będzie miało bardzo duży wpływ na poprawę jakości emaliowanego szkła architektonicznego w przyszłości.

 

Planowane jest uzupełnienie aktualnie dostępnego koloru czarnego, m. in., o różne odcienie szarości. Mogłyby być one zastosowane szczególnie w przypadku szarego uszczelnienia strukturalnego.

 

 

 

Ralf Greiner
Guardian Thalheim GmbH

 

Artur Bechtloff
Ferro GmbH

 

 

Artykuł opiera się na wykładzie prezentowanym
Konferencji GLASS PERFORMANCE DAYS 2017,która
odbyła się 28-30.06.2017 w Tampere, Finlandia

 

 

Literatura

[1] Internat. Zgłoszenie patentowe, międzynarodowe . Numer publikacji: WO 2014/133929 A2 (24.02.2014) Tytuł: Window units made using ceramic frit that dissolves physical vapor deposition (PVD) deposited coatings, and/or associated methods [Szyby okienne wykonane z użyciem fryty ceramicznej, która rozpuszcza napylone powłoki fizycznie osadzane z fazy gazowej (PVD) i/lub powiązane metody].

[2] Bahn, M.: Charakterisierung von Guardian Magnetronbeschichtungen bei Emaillierung mit einem neuartigen schichtauflösenden Email (CFDPC),[Charakterystyka powłok magnetronowych Guardian z nowatorską warstwą emalii rozpuszczającą powłoki (CFDPC)], Bachelor Thesis, Köthen, maj 2014

[3] Ferro, Dane Techniczne GSGF TEA Black 14 4400AL

 

 

Całość artykułu w wydaniu drukowanym i elektronicznym 
Inne artykuły o podobnej tematyce patrz Serwisy Tematyczne 
Więcej informacji: Świat Szkła 10/2018

 

 

 

 

01 chik
01 chik