Einführung in das Thema Glas

Als Glas werden alle amorphen Körper bezeichnet, die durch Absenken der Temperatur einer Schmelze unabhängig von deren chemischer Zusammensetzung und dem Temperaturbereich der Erstarrung entstehen, die durch den allmählichen Anstieg der Viskosität die mechanischen Eigenschaften eines Festkörpers annimmt.

Ab einer Temperatur von ca. 600°C kann man Glas verformen. Je höher die Temperatur ist, desto formbarer wird das Glas. Bei Temperaturen ab ca. 1500°C ist das Glas so weich, dass es flüssig zu sein scheint.

Die mikroskopische Struktur von Glas ist mit der einer Flüssigkeit vergleichbar, in der die einzelnen Bestandteile ein unregelmäßiges Netzwerk ohne weitreichende Ordnung bilden. Glas ist auch die Bezeichnung für eine abgekühlte Schmelze.

Rohstoffe

  • Siliciumdioxid (70 bis 72%)
  • Kalk (10%)
  • Soda (14%)
  • Oxid/Aluminiumoxid/Magnesiumoxid (5%)

Die Stoffe werden in Form von Quarzsand, Soda und Kalk eingebracht. Dieser Mischung werden 5% Oxide wie Magnesium- und Aluminiumoxid zugesetzt. Diese Zusatzstoffe verbessern die physikalischen und chemischen Eigenschaften des Glases.

Hauptgruppen von Glas

  • Kalknatronglas
  • Bleiglas
  • Borsilikatglas

Die wichtigsten Glasprodukte

  • Flachglas (für architektonische oder automobile Anwendungen)
  • Glasbehälter/Glasröhren
  • Spezialgläser
  • Glasfaser

Floatglasverfahren

Das Floatverfahren bezeichnet das Herstellungsverfahren für Flachglas. Dieses Verfahren kam in den 1960er Jahren allgemein zum Einsatz. Saint-Gobain richtete 1965 in Pisa sein erstes Werk mit Float-Technologie ein. Die Theorie: Die Glasschmelze wird fortlaufend von einer Seite auf ein Bad aus flüssigem Zinn geleitet, auf welchem das leichtere Glas schwimmt und sich wie ein Film gleichmäßig ausbreitet. Das Ergebnis: Das Glas muss weder poliert noch glatt geschliffen werden. Es wird nach dem Abkühlen direkt in der Produktionslinie geschnitten.

Die wichtigsten Eigenschaften von Glas sind Transparenz, Hitzebeständigkeit, Druckfestigkeit, Härte sowie chemische Beständigkeit.

Mechanische Eigenschaften

Dichte
2500 kg/m3

Eine 4 mm dicke Glasscheibe wiegt 10 kg/m2

Härte
470 HK

Die Härte von Floatglas wird nach Knoop bestimmt. Grundlage ist das in DIN 52333 (ISO 9385) beschriebene Prüfverfahren.

Druckfestigkeit
800 - 1000 MPa

Die Druckfestigkeit gibt die Fähigkeit eines Materials an, einer senkrecht auf seine Oberfläche einwirkenden Last zu widerstehen.

Elastizitätsmodul
70 000 MPa

Der Elastizitätsmodul wird entweder durch die elastische Dehnung eines dünnen Stabes oder durch Biegen eines Stabes mit rundem oder rechteckigem Querschnitt bestimmt.

Biegefestigkeit
45 MPa

Die Biegefestigkeit eines Werkstoffs ist ein Maß für seine Widerstandsfähigkeit bei Durchbiegung. Sie wird durch Biegeversuche an Glasplatten nach der Doppelringmethode gemäß DIN EN 1288-5 ermittelt.

Die wichtigsten Eigenschaften von Glas sind Transparenz, Hitzebeständigkeit, Druckfestigkeit, Härte sowie chemische Beständigkeit.

Thermische Eigenschaften

Wärmeleitfähigkeit
0.8W/mK

Die Wärmeleitfähigkeit bestimmt die Wärmemenge, die erforderlich ist, um die Querschnittsfläche der Floatglasprobe in einer Zeiteinheit bei einem Temperaturgradienten zu durchströmen.

Transformation & Biegen
ca. 600°C

Im Gegensatz zu festen Körpern mit kristalliner Struktur hat Glas keinen bestimmten Schmelzpunkt. Es geht kontinuierlich vom festen Zustand in den zähplastischen Zustand über. Der Übergangsbereich wird als Transformationsbereich bezeichnet und liegt nach DIN 52324 (ISO 7884) zwischen 520°C und 550°C. Das Biegen erfordert eine Temperatur von weiteren 100°C.

Spezifische Wärme
0.8 J/g/K

Die spezifische Wärme (in Joule) gibt die Wärmemenge an, die erforderlich ist, um die Temperatur von 1 g Floatglas um 1 K zu erhöhen. Die spezifische Wärme von Glas nimmt leicht zu, wenn die Temperatur bis zum Transformationsbereich erhöht wird.

Wärmeausdehnung
9.10-6 K-1

Beim Ausdehnungsverhalten eines Körpers unter Wärmeeinwirkung wird zwischen linearer und volumetrischer Ausdehnung unterschieden. Bei festen Körpern ist die volumetrische Ausdehnung dreimal so groß wie die lineare Ausdehnung. Der Temperaturausdehnungskoeffizient für Floatglas wird nach DIN 52328 und ISO 7991 angegeben.

Die wichtigsten Eigenschaften von Glas sind Transparenz, Hitzebeständigkeit, Druckfestigkeit, Härte sowie chemische Beständigkeit.

Transformationsbereich
520 - 550°C

Optische Eigenschaften

Glas hat mehrere Stärken in Bezug auf seine optischen Eigenschaften:

  • Es kann in großen und homogenen Scheiben hergestellt werden.
  • Seine optischen Eigenschaften werden durch Alterung nicht beeinträchtigt.
  • Es wird mit perfekt ebenen und parallelen Oberflächen hergestellt.
Brechungsindex
n = 1.52

Trifft Licht aus einem optisch weniger dichten Medium (Luft) auf ein optisch dichteres Medium (Glas), so wird der Lichtstrahl an den Grenzflächen gebrochen. Das Maß der Ablenkung bestimmt den Brechungsindex. Für Floatglas beträgt dieser Brechungsindex n=1,52.

Die wichtigsten Eigenschaften von Glas sind Transparenz, Hitzebeständigkeit, Druck- und Bruchsicherheit sowie chemische Beständigkeit.

Technische Eigenschaften

Chemische Beständigkeit gegen

  • Wasser = Klasse 3 (DIN 52296)
  • Säuren = Klasse 1 (DIN 12116)
  • Alkalien = Klasse 2 (DIN 52322 und ISO 695)

Die Oberfläche von Glas wird angegriffen, wenn es über längere Zeit Alkalien (und Ammoniakgasen in feuchter Luft) in Verbindung mit hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Auch auf flusssäurehaltige Verbindungen reagiert Floatglas unter normalen Bedingungen. Diese werden zur Behandlung von Glasoberflächen verwendet.

Verschleißprüfung

Abriebprüfung

(DIN 52347 und ISO 3537) Bewertet wird die Streuung des Lichts und die Transmission des auf die Oberfläche auftreffenden Lichts.

Lichtstreuung

Erhöhung für Floatglas beträgt ca. 1% (nach 1000 Abriebzyklen). Die zulässige Streulichterhöhung für Fahrzeugsicherheitsglas (Windschutzscheibe) beträgt in Europa (ECE R43) und den USA (ANSI Z 26.1) 2%.

Sandtropfverfahren

(DIN 52348 und ISO 7991). Für diesen diagonalen Schlagabriebtest werden 3 kg Sand mit einer Korngröße von 0,5/0,71 mm auf die zu prüfende Oberfläche gestreut, die aus einer Höhe von 1600 mm um 45 y geneigt ist. Als Maß für den Verschleiß dient die reduzierte Leuchtdichte (nach DIN 4646 Teil 2).

Reduzierte Leuchtdichte

für Floatglas beträgt ca. 4cd/m2lux.

Mikrokratzfestigkeit

für Floatglas beträgt ca. 0,12N (Mar-Widerstandsprüfung).

Gehärtetes monolithisches Glas

Das "Securit"-Härtungsverfahren wurde 1929 von Saint-Gobain im Rahmen von Forschungsarbeiten im Auftrag der Automobilindustrie entwickelt. Das Verfahren, bei dem das Glas durch eine sehr schnelle Strahlabkühlung (von 600 auf 300° C in wenigen Sekunden) gehärtet wird, wird für die Herstellung von Autoglas sowie Bau- und Spezialglas verwendet. Gehärtetes Glas ist Sicherheitsglas. Beim Bruch entstehen keine Splitter, sondern nur weniger gefährliche, rundliche Glasbröckchen.

Anwendungen

Im Allgemeinen für alle Fenster mit Ausnahme der Windschutzscheibe.

Art des Glases

Klarglas, getöntes und stark getöntes Glas

Standard-Dicke: 3, 4, 5 mm

Spektrale Daten: Siehe Tabelle unten für Durchschnittswerte bei einer Dicke von 3,15 mm.

Die Toleranzen hängen von den Produktions- und Messmethoden ab. Für detaillierte Informationen und andere Dicken wenden Sie sich bitte an Saint-Gobain Sekurit.

TL/RL: Lichttransmission/Reflexion, Lichtart A, 2°, Tageslichtsicht 380-780 nm

TE/RE: Energietransmission/Reflexion, Parry Moon, Masse 2, 280-2500nm

TIR/RIR: Infrarot-Transmission/Reflexion, Parry-Mond, Masse 2, 780-2500nm

TUV: UV-Transmission, Schulze, ISO 9050, 280-380 nm

Weitere Informationen zu den thermischen Eigenschaften von Saint-Gobain Sekurit-Verglasungen finden Sie im Kapitel: Thermischer Komfort.

Physikalische und chemische Eigenschaften

  • Dichte 2500 kg/m3
  • Härte 470 HK
  • Elastizitätsmodul 70 000 MPa
  • Biegefestigkeit nach dem Anlassen 100-120 MN/m2
  • Spezifische Wärme 0,8 J/g/K
  • Wärmeleitfähigkeit 0,8 W/mk
  • Temperaturausdehnungskoeffizient 9.10-6 K -1

Verbundsicherheitsglas

Im Jahr 1909 erfand der französische Chemiker Edouard Benedictus das Verbundglas und nannte es "Triplex". Bei diesem Verfahren werden zwei Glasscheiben mit einer Folie aus transparentem Kunststoff verbunden, wodurch ein Sicherheitsglas entsteht. Wenn das Glas durch einen Aufprall zerbrochen wird, hält der Kunststoff die Bruchstücke zurück. Das Verfahren wird für Autofrontscheiben verwendet, kann aber auch für Seitenscheiben aus Verbundglas, Heckscheiben aus Verbundglas und Dächer eingesetzt werden.

Verpflichtende Anwendung für Windschutzscheiben und verfügbar für den Rest des Fahrzeugs. Bei einem Schlag oder Aufprall zerbricht das Glas in Form eines Spinnennetzes.

 

Materialeigenschaften

  • Härte 470 HK
  • Brechungsindex 1,52
  • Temperaturbeständigkeit mind. 96 Stunden bei 90°C

Verbundgläser erfüllen alle gesetzlichen und OEM-Anforderungen in Bezug auf Beständigkeit gegen Hitze, UV, Feuchtigkeit, ....

Das Herstellungsverfahren für Verbundglas

Autoscheiben werden in der Regel aus Verbundglas für Windschutzscheiben und aus gehärtetem Glas für Seitenscheiben und Heckscheiben hergestellt. Verbundglas kann auch für Seiten- und Heckscheiben verwendet werden, hauptsächlich um die Sicherheit und auch den akustischen Komfort zu verbessern.