زجاج رقائقي

الزجاج الرقائقي نوع من أنواع زجاج الأمان، يتكون من طبقتين أو أكثر من الزجاج، تفصل بينها طبقة أو أكثر من طبقات البوليمر الرقيقة ، مما يمنع الزجاج من التكسر إلى قطع كبيرة وحادة. ^{[ 1 ]} ينتج عن الكسر نمط تشقق مميز يشبه "شبكة العنكبوت" (تشققات شعاعية ومتحدة المركز) عندما لا تكون قوة الصدمة كافية لاختراق الزجاج بالكامل. ^{[ 2 ]}

يُستخدم الزجاج الرقائقي في الهندسة المعمارية ، والتزجيج ، وسلامة السيارات ، والخلايا الكهروضوئية (الألواح الشمسية)، والحماية من الأشعة فوق البنفسجية ، والتعبير الفني. ^{[ 1 ]} يُعدّ الزجاج الأمامي للسيارات وزجاج المناور من أكثر استخدامات الزجاج الرقائقي شيوعًا. في المناطق الجغرافية التي تتطلب بناءً مقاومًا للأعاصير، يُستخدم الزجاج الرقائقي غالبًا في واجهات المحلات التجارية الخارجية، والجدران الستائرية ، والنوافذ . كما يُستخدم الزجاج الرقائقي لزيادة كفاءة عزل الصوت في النوافذ، لأنه يُحسّن بشكل ملحوظ من امتصاص الصوت مقارنةً بألواح الزجاج المتجانسة ذات السماكة نفسها.

تتكون الطبقة البينية عادةً من بولي فينيل بوتيرال (PVB)، أو إيثيلين فينيل أسيتات (EVA)، أو بوليمرات أيونوبلاست، أو راتنج سائل مصبوب في الموقع (CIP)، أو بولي يوريثان حراري (TPU). ^{[ 1 ]} ومن الخصائص الإضافية للزجاج الرقائقي المستخدم في النوافذ أن الطبقة البينية المناسبة من TPU أو PVB أو EVA قادرة على حجب جميع الأشعة فوق البنفسجية تقريبًا. فعلى سبيل المثال، يمكن لـ EVA المتصلد حراريًا حجب ما يصل إلى 99.9% من جميع الأشعة فوق البنفسجية. ^{[ 3 ]} يوفر EVA المتصلد حراريًا ترابطًا كاملًا ( تشابكًا ) مع المادة، سواء كانت زجاجًا أو بولي كربونات (PC) أو أنواعًا أخرى من المنتجات. أما بالنسبة للعزل الصوتي، فلا حاجة إلى مواد صوتية إضافية عند استخدام EVA أو TPU؛ ^{[ 4 ] [ 5 ]} بينما يُستخدم مركب PVB صوتي خاص عند استخدام PVB.

في عام 1902، حصلت شركة لو كاربون الفرنسية على براءة اختراع لطلاء الأجسام الزجاجية بالسيلولويد لجعلها أقل عرضة للتشقق أو الكسر. ^{[ 6 ]}

اخترع الكيميائي الفرنسي إدوارد بينيديكتوس (1878-1930) الزجاج الرقائقي عام 1903، مستلهمًا ذلك من حادثة في المختبر: إذ تغطت قارورة زجاجية بطبقة من نترات السليلوز البلاستيكية ، وعند سقوطها تحطمت دون أن تتفتت إلى قطع. ^{[ 7 ]} وفي عام 1909، سجل بينيديكتوس براءة اختراع بعد أن سمع عن حادث سيارة أصيبت فيه امرأتان بجروح بالغة جراء شظايا الزجاج. ^{[ 8 ] [ 9 ]} وفي عام 1911، أسس شركة "سوسيتيه دو فير تريبلكس" (Société du Verre Triplex )، التي صنعت مركبًا من الزجاج والبلاستيك للحد من الإصابات في حوادث السيارات . ^{[ 10 ]} كان إنتاج زجاج تريبلكس بطيئًا وشاقًا، لذا كان مكلفًا؛ ولم يتبناه مصنعو السيارات على نطاق واسع فورًا ، لكن الزجاج الرقائقي استُخدم على نطاق واسع في عدسات أقنعة الغاز خلال الحرب العالمية الأولى . وفي عام 1912، رُخِّصت عملية التصنيع لشركة "تريبلكس سيفتي جلاس" البريطانية . وفي وقت لاحق، في الولايات المتحدة، أنتجت كل من شركتي ليبي-أوينز-فورد ودوبونت بالتعاون مع شركة بيتسبرغ بليت غلاس زجاج تريبلكس. ^{[ 11 ]}

في غضون ذلك، في عام 1905، حصل جون كرو وود، وهو محامٍ من سويندون، ويلتشير، إنجلترا، على براءة اختراع لزجاج مُرقّق يُستخدم في الزجاج الأمامي للسيارات. وكانت طبقات الزجاج مُرتبطة ببعضها بواسطة بلسم كندا . ^{[ 12 ]} وفي عام 1906، أسس شركة "سيفتي موتور سكرين" لإنتاج وبيع منتجه. ^{[ 13 ]}

في عام ١٩٢٧، اخترع الكيميائيان الكنديان هوارد دبليو ماثيسون وفريدريك دبليو سكيرو مادة البولي فينيل بوتيرال (PVB) البلاستيكية. ^{[ ١٤ ]} وبحلول عام ١٩٣٦، اكتشفت شركات أمريكية أن "الزجاج الآمن" المُرقّق، والمكون من طبقة من PVB بين طبقتين من الزجاج، لا يتغير لونه ولا يُخترق بسهولة أثناء الحوادث. وفي غضون خمس سنوات، حلّ الزجاج الآمن الجديد محل سابقه بشكل كبير. ^{[ ١٥ ] [ ١٦ ]}

في قانون المرور على الطرق لعام 1930 ، اشترط البرلمان البريطاني أن تحتوي السيارات الجديدة على زجاج أمامي من زجاج الأمان، ^{[ 17 ]} لكنه لم يشترط على وجه التحديد الزجاج الرقائقي.

بحلول عام ١٩٣٩، كان يُستخدم سنويًا ٦٠٠ ألف قدم مربع (٥٦ ألف متر ^مربع ) من زجاج الأمان المُصنّع من قِبل شركة بريتيش إندستركتو غلاس المحدودة في لندن ^{[ ١٨ ]} في المركبات المُنتجة في مصانع شركة فورد موتور في داغينهام، إنجلترا . ^{[ ١٨ ]} وقد تم اختيار زجاج الأمان "إندستركتو" لأنه "يوفر الحماية الأكثر شمولًا. فبالإضافة إلى كونه مقاومًا للشظايا، فهو شفاف تمامًا ولا يتغير لونه أبدًا." ^{[ ١٨ ]} تشير هذه المقولة إلى المشكلات التي حالت دون استخدام الزجاج الرقائقي على نطاق أوسع في السابق. 

يتكون التركيب النموذجي للزجاج الرقائقي من  طبقة زجاجية بسماكة 2.5 مم، وطبقة وسيطة بسماكة 0.38  مم، وطبقة زجاجية أخرى بسماكة 2.5  مم. ينتج عن ذلك منتج نهائي يُعرف باسم الزجاج الرقائقي بسماكة 5.38 مم (0.212 بوصة) . ^{[ 19 ]} 

يمكن تعزيز المتانة باستخدام طبقات متعددة من الزجاج الرقائقي وزجاج أكثر سمكًا. يُصنع الزجاج المقاوم للرصاص ، وهو نوع من الزجاج الرقائقي، عادةً من البولي كربونات ، ومواد لدائن حرارية ، ومادة EVA متصلبة حراريًا ، وطبقات من الزجاج الرقائقي. ^{[ 20 ]} في السيارات، يبلغ سمك لوح الزجاج الرقائقي حوالي 6.5 مم (0.26 بوصة) ، مقارنةً بزجاج الطائرات الذي يبلغ سمكه ثلاثة أضعاف ذلك. ^{[ 21 ]} في الطائرات التجارية، غالبًا ما تتكون نوافذ قمرة القيادة الأمامية والجانبية من ثلاث طبقات من الزجاج المقوى بسمك 4 مم مع طبقة PVB بسمك 2.6 مم بينها. هذا أحد التركيبات المستخدمة في النوافذ الجانبية لقمرة قيادة طائرة بوينغ 747. أما الزجاج الأمامي المضغوط لطائرة كونكورد التابعة لشركة إيروسباسيال /باك، فكان يتكون من 7 طبقات، 4 منها من الزجاج و3 من PVB، بسمك إجمالي يبلغ 38 مم (1.5 بوصة) . لزيادة تخفيف الصوت عبر الزجاج الرقائقي عند مستويات الصوت القصوى، يكون استخدام مزيج من سماكات الزجاج 3 مم، 4 مم، 5 مم، و 6 مم أكثر فعالية. ^{[ 22 ]}        

يُصنع الزجاج الرقائقي الحديث عن طريق ربط طبقتين أو أكثر من الزجاج العادي المُقسّى أو المُعالَج حراريًا مع طبقة وسيطة بلاستيكية، عادةً ما تكون من بولي فينيل بوتيرال (PVB) أو بولي يوريثان حراري (TPU) أو إيثيلين فينيل أسيتات (EVA متشابك). تهدف هذه الطبقة الوسيطة إلى تحسين الخواص الميكانيكية مثل مقاومة الصدمات، وصلابة الكسر، وأنماط الفشل. ^{[ 1 ]} تُوضع الطبقة البلاستيكية بين طبقتي الزجاج، ثم يُمرر الزجاج عبر سلسلة من البكرات أو أنظمة التغليف الفراغي لطرد أي فقاعات هواء. بعد ذلك، يُسخّن المزيج لإذابة المادة في البداية، ثم يُسخّن مرة أخرى تحت ضغط في جهاز التعقيم (أوتوكلاف) للحصول على المنتج النهائي المُلصق (متشابك بالكامل في حالة EVA المتصلد حراريًا). يُصنع اللون الموجود أعلى بعض زجاج السيارات الأمامي من PVB. وللحصول على زجاج ملون ، يمكن دمج أغشية البولي كربونات الملونة مع مادة EVA المتصلدة حراريًا أثناء عملية الترقق .

أصبحت الطباعة الرقمية متاحة الآن للتطبيقات المعمارية، إما بالطباعة مباشرةً على الزجاج ثم تغليفه، أو بالطباعة مباشرةً على طبقة PVB كما هو الحال في عملية Dupont SentryGlas Expressions المسجلة كعلامة تجارية. يمكن طباعة صور CMYK كاملة على الطبقة البينية قبل عملية التعقيم، مما يُنتج صورًا شفافة زاهية. وقد لاقت هذه العملية رواجًا في مجالات الهندسة المعمارية والتصميم الداخلي واللافتات.

بمجرد تغليف طبقة EVA المتصلبة حراريًا بشكل صحيح، يمكن عرض الزجاج بدون إطار. يجب ألا يحدث تسرب للماء/الرطوبة، وتغير طفيف جدًا في اللون، وعدم انفصال الطبقات نظرًا لمستوى الترابط العالي (التشابك). ^{[ 5 ]} وقد أدت التطورات الحديثة إلى توسيع نطاق استخدام اللدائن الحرارية في تغليف الزجاج. فإلى جانب PVB، تشمل مواد تغليف الزجاج اللدائن الحرارية المهمة الأخرى اليوم: أسيتات إيثيلين-فينيل (EVA)، ^{[ 23 ]} و EVA المتصلب حراريًا، ^{[ 24 ]} والبولي يوريثان الحراري (TPU). ^{[ 25 ]} يتميز TPU بقوة التصاق عالية ليس فقط بالزجاج، بل أيضًا بالطبقات البينية البوليمرية.

يُستخدم الزجاج الرقائقي أحيانًا في المنحوتات الزجاجية ، ويُستخدم على نطاق واسع في التطبيقات المعمارية. بالإضافة إلى ذلك، يُستخدم الزجاج الرقائقي في صناعة الزجاج المضاد للرصاص ، والزجاج المقاوم للاختراق، والسلالم، والأسطح، والأرضيات، والمظلات، والعوارض. ^{[ 26 ]}

بالنسبة للزجاج الرقائقي، تُعدّ قوة التحمل بعد الكسر والسلامة من أهم العوامل عند تحليل أدائه. ^{[ 27 ]} ويحدد التفاعل بين الزجاج والطبقة البينية سبب فشل الألواح. ^{[ 27 ]} عند اختبار أداء الزجاج الرقائقي، يُعرَّض اللوح لحمل صدمي وانحناء، حيث تنقل مادة الطبقة البينية إجهاد القص إلى الزجاج. ^{[ 26 ]} وتحدد صلابة الطبقة البينية صلابة الانحناء الكلية للوح الزجاج الرقائقي. ^{[ 26 ]} ويفشل الزجاج الرقائقي نتيجةً لفشل التماسك في الطبقة البينية و/أو ضعف الاتصال بين اللوح والطبقة البينية. ^{[ 27 ]} ويمكن أن يحدث فشل الطبقة البينية عندما تكون مادتها مطيلة (في درجة حرارة الغرفة)، أو هشة وصلبة (عند العمل تحت درجة حرارة التحول الزجاجي ). ^{[ 27 ]}

تتمثل الفوائد الرئيسية للزجاج الرقائقي في: تعزيز السلامة والأمان، وتقليل الانبعاثات، والحد من التلوث الضوضائي، والحماية أثناء الكوارث الطبيعية. ^{[ 28 ]} يزيد الزجاج الرقائقي من سلامة الأشخاص أثناء حوادث السيارات، حيث يبقى الزجاج الأمامي سليمًا، مما يمنع شظايا الزجاج من إصابة الركاب. أما من ناحية الأمان، فيصعب كسر الزجاج الرقائقي، مما يمنع المتسللين. كما يُقلل الزجاج الرقائقي من حرارة الشمس، مما يسمح ببقاء المباني باردة ويقلل من استهلاك الطاقة. وبحسب سمكه، يُمكن للزجاج الرقائقي أن يُقلل من التلوث الضوضائي الخارجي. وفي الكوارث الطبيعية كالزلازل والأعاصير، يبقى الزجاج الرقائقي سليمًا، مما يُقلل من الإصابات والوفيات المحتملة.

تُصعّب الطبقات البلاستيكية الموجودة في الزجاج الرقائقي عملية قطعه. ومن الممارسات غير الآمنة قطع كلا الجانبين بشكل منفصل، ثم سكب سائل قابل للاشتعال، مثل الكحول المحوّل، في الشق، وإشعاله لإذابة الطبقة البلاستيكية وفصل القطع. وقد أوصت الهيئة التنفيذية للصحة والسلامة التابعة للحكومة البريطانية في عام 2005 بالطرق الأكثر أمانًا التالية: ^{[ 29 ]}

• طاولات تقطيع مصفحة لأغراض خاصة
• إطارات منشار مائلة عموديًا
• موقد نفخ أو منفاخ هواء ساخن.
• نفاثة مائية كاشطة عالية الضغط.

يتطلب قطع الزجاج الرقائقي إجراءً مختلفًا للتقطيع نظرًا لمقاومته للكسر. ^{[ 30 ]} يمكن كسر الزجاج الرقائقي عن طريق الشقوق، ويعتمد ذلك على المسافة بين حافة الزجاج وخط القطع. من أكثر طرق كسر الزجاج الرقائقي شيوعًا: الكسر بالضغط، والكسر باللف، والكسر على الطاولة، والكسر بالنقر، والكسر بالزرادية. ^{[ 30 ]} يُستخدم الكسر بالضغط للشقوق التي تبعد أكثر من 30 سم عن الحافة، حيث يُقلب الزجاج على سطح الطاولة مع توجيه خط القطع للأسفل. يُضغط على جانبي خط القطع حتى ينكسر الزجاج. أما الكسر باللف، فيُستخدم للشقوق التي تبعد ما بين 10 و15 سم عن الحافة، حيث تُستخدم أطراف الأصابع لتوسيع الكسر على طول خط القطع. ^{[ 30 ]} يُوصى بالكسر على الطاولة للزجاج الذي يبعد ما لا يقل عن 30 إلى 45 سم عن الحافة، حيث تُستخدم حافة الطاولة لكسر خط القطع. أما للشقوق القريبة من الحافة، فيُوصى بالكسر بالنقر، مع العلم أنه قد يُسبب تموجًا في حافة الزجاج. لهذا النوع من الكسر، تُستخدم كماشة ذات فكين قابلين للطي أو كماشة زجاج لكسر الزجاج على طول الخط الفاصل. أما بالنسبة للخطوط الفاصلة التي تقل عن نصف بوصة إلى بوصة واحدة من الحافة، فتُستخدم الكماشة للضغط لأسفل على الزجاج، مما يؤدي إلى كسر الخط الفاصل بزاوية.

بعد قطع ألواح الزجاج الرقائقي، توجد طرق مختلفة لفصل الطبقة البينية. أكثر الطرق شيوعًا هي صهرها ثم قطعها. ^{[ 30 ]} سابقًا، كان فنيو تركيب الزجاج يستخدمون الكحول المحوّل لإذابة طبقة بولي فينيل بوتيرال (PVB)، إلا أن هذه الطريقة أثبتت خطورتها نظرًا لأن الكحول قابل للاشتعال. البديل الأكثر أمانًا هو صهر طبقة PVB الرقائقية باستخدام مسدس حراري. بمجرد صهر الطبقة البينية، يُقطع الفصل باستخدام شفرة حلاقة أحادية الحافة أو شفرة شريط قياس. ^{[ 30 ]} باستخدام الشفرة، يُمرر على الشق ويقطع طبقة PVB حتى ينفصل الزجاج عن الطبقة البينية تمامًا.

بحسب الرابطة الوطنية الأمريكية لإصلاح زجاج السيارات، يُمكن إصلاح الزجاج المُصفّح في حالات التلف الطفيف الناتج عن الصدمات باستخدام عملية تتضمن حفر الزجاج المتشقق للوصول إلى طبقة التصفية. يُحقن راتنج لاصق شفاف خاص تحت ضغط، ثم يُعالج بالأشعة فوق البنفسجية. عند إتمام العملية بشكل صحيح، تُستعاد المتانة والشفافية بشكل كافٍ لمعظم أغراض السلامة. تُستخدم هذه العملية على نطاق واسع لإصلاح زجاج السيارات الصناعية الكبير حيث لا يؤثر التلف على رؤية السائق. ^{[ 31 ]}

لم يعد التخلص من نفايات الزجاج الرقائقي في مكبات النفايات مسموحًا به في معظم الدول الأوروبية مع تطبيق توجيهات المركبات المنتهية الصلاحية (ELV). ورغم صعوبة إعادة تدوير مادة الطبقة البينية، فقد أُجريت أبحاث لإعادة تدويرها عبر عمليات ميكانيكية واستخدامها في تطبيقات أخرى. تقترح دراسة أجرتها جامعة سري وشركة بيلكينغتون غلاس وضع نفايات الزجاج الرقائقي في جهاز فصل، مثل مطحنة الدرفلة، حيث يُفتت الزجاج ويُفصل الجزء الأكبر منه ميكانيكيًا عن الغشاء الداخلي. ثم يُسخّن البلاستيك المستخدم في التغليف، والذي يكون عادةً بولي فينيل بوتيرال (PVB)، مما يُتيح إعادة تدوير كل من الزجاج والغشاء الداخلي. وتُعد عملية إعادة تدوير PVB إجراءً بسيطًا يتمثل في صهره وإعادة تشكيله. ^{[ 32 ]} ومع ذلك، فإن PVB المُعاد تدويره سيحتوي على اختلافات في البنية وخصائص قوة أقل من البوليمر الأصلي. ^{[ 26 ]} كما أن مادة TPU سهلة إعادة التدوير كجميع أنواع البلاستيك غير المتشابكة.

• زجاج مقوى
• BS 857
• فيلم LED
• الزجاج المركب
• زجاج غير قابل للكسر

• لائحة الأمم المتحدة رقم 43 الصادرة عن اللجنة الاقتصادية لأوروبا بشأن مواد زجاج الأمان للسيارات
• المواصفة البريطانية BS 857:1967 (مؤرشفة بتاريخ 22 يونيو 2009 على موقع Wayback Machine): المواصفات البريطانية للزجاج الآمن المستخدم في النقل البري