Gehard glas voor industriële touchscreens: thermische harding versus chemische verharding

Bij industriële touchscreenprojecten worden vaak de termen gehard glas, gehard glas, en chemisch gehard glas alsof ze hetzelfde betekenen. Dat is niet zo.

Zowel thermisch harden als chemisch versterken zorgen voor drukspanning aan het glasoppervlak, waardoor wordt voorkomen dat kleine onvolkomenheden uitgroeien tot scheuren. De twee processen zijn echter geschikt voor verschillende glasdiktes, productafmetingen, optische eisen en verwachte breukgevoeligheid.

De praktische regel is simpel:

• Thermisch gehard glas is meestal het betere uitgangspunt voor dikker en groter beschermglas.
• Chemisch gehard glas wordt meestal verkozen wanneer het afdekglas dun, licht, maatvast en optisch vlak moet zijn.

Geen van beide methoden is per definitie beter. De juiste keuze hangt af van het totale ontwerp van het touchscreen.

Wat is thermisch gehard glas?

Thermisch gehard glas, ook wel ‘gehard glas’ genoemd, begint als gegloeid glas. Het wordt gesneden, gevormd, geboord en aan de randen bewerkt voordat het in een hardingsoven wordt geplaatst.

Het glas wordt verwarmd tot ongeveer 620–680 °C en vervolgens snel afgekoeld met geregelde luchtstralen. De oppervlakken koelen als eerste af en krimpen, terwijl het midden langzamer afkoelt. Hierdoor ontstaat er druk aan de oppervlakken en een tegenwicht in de vorm van spanning in het glas.

Het resultaat is doorgaans vier tot vijf keer sterker dan gegloeid glas van dezelfde dikte. Wanneer volledig gehard glas breekt, valt het normaal gesproken uiteen in vele kleine stukjes in plaats van in grote, scherpe scherven.

Belangrijkste voordelen

• Geschikt voor relatief dik en groot afdekglas
• Goede weerstand tegen buiging, stoten en thermische belasting
• Bij correcte verwerking treedt er voorspelbare breuk van de korrels op
• Op grote schaal verkrijgbaar voor industriële frontpanelen en apparatuur voor openbaar gebruik

Belangrijkste beperkingen

• Voor sommige verwerkers kan het moeilijk of onmogelijk zijn om dun glas op een consistente manier thermisch te harden
• Ovenrollen kunnen een lichte golving of optische vervorming veroorzaken
• Uitsparingen, gaten en een zwakke randgeometrie kunnen het risico op breuk vergroten
• Glas kan na het harden niet meer worden gesneden of geboord

De minimale dikte, maximale afmetingen, de positie van de gaten en de randafstand zijn afhankelijk van de glasverwerker en de vereiste kwalificatie. Deze moeten worden bevestigd voordat de tekening wordt vrijgegeven.

Wat is chemisch gehard glas?

Bij chemische versterking wordt doorgaans gebruikgemaakt van ionenuitwisseling. Het afgewerkte glasonderdeel wordt in een verwarmd bad met gesmolten zout geplaatst. Grotere kaliumionen verdringen kleinere natriumionen dicht bij het glasoppervlak, waardoor een verdichte oppervlaktelaag ontstaat.

Dit proces vindt plaats onder de verwekingstemperatuur van het glas, waardoor er veel minder warmtegerelateerde vervorming optreedt dan bij ovenafharding. Het is met name geschikt voor dun afdekglas en toepassingen waarbij een hoge optische vlakheid of een nauwkeurige maatvoering vereist is.

Chemische verharding wordt doorgaans geassocieerd met aluminosilicaat-afdekglas, hoewel het beschikbare proces en de prestaties afhangen van de exacte glassamenstelling.

Belangrijkste voordelen

• Geschikt voor dun afdekglas
• Er kan een hoge drukspanning aan het oppervlak worden bereikt
• Minimale rolgolfvorming en thermische vervorming
• Goede optische kwaliteit en maatvastheid
• Zeer geschikt voor precisie-aanraakschermen

Belangrijkste beperkingen

• De prestaties hangen sterk af van de samenstelling van het glas en de procesregeling
• De versterkte laag heeft een bepaalde dikte; diepe beschadigingen kunnen erdoorheen dringen
• Bij breuk kunnen er nog steeds grotere, scherpere brokstukken ontstaan
• Chemisch gehard glas wordt niet automatisch als veiligheidsglas aangemerkt
• Nabewerking door snijden of het slijpen van randen beschadigt de compressielaag en moet worden vermeden

Bij chemisch gehard glas worden vaak twee belangrijke waarden opgegeven:

• CS — Drukspanning: de mate van compressie die aan het oppervlak ontstaat
• DOL — Laagdikte: hoe ver de versterkte laag zich in het glas uitstrekt

Een hoge CS-waarde alleen is niet bepalend voor de totale prestaties. CS, DOL, de samenstelling van het glas, de dikte, de randkwaliteit en de ondersteuning bij de uiteindelijke montage moeten gezamenlijk worden beoordeeld.

Thermisch harden versus chemisch versterken

Factor	Thermisch gehard glas	Chemisch gehard glas
Versterkingsmethode	Verwarming gevolgd door snelle luchtkoeling	Ionenuitwisseling in een verwarmd zoutbad
Typische ontwerprichting	Dikker en groter beschermglas	Dun, licht, precisie-afdekglas
Standaard glazen substraat	Natrium-kalkglas	Aluminiumsilicaat of geschikt natrium-kalkglas
Optische vlakheid	Er kan een lichte rolgolf optreden	Zeer weinig procesgerelateerde vervorming
Oppervlaktecompressie	Gedetailleerd spanningsprofiel door de glazen structuur heen	Hoge compressie in een gecontroleerde oppervlaktelaag
Breukgedrag	Meestal kleine korrelvormige fragmenten	Kan grotere, scherpere fragmenten vormen
Status van het veiligheidsglas	Voldoet aan de geldende normen voor veiligheidsglas bij het testen en certificeren	Niet automatisch veiligheidsglas
Bewerking na versterking	Niet toegestaan	Niet aanbevolen; dit beschadigt de versterkte laag
Standaard industriële pasvorm	Kiosken, oplaadpunten voor elektrische voertuigen, openbare terminals, grote HMI’s	Slanke HMI’s, medische interfaces, nauwkeurige aanraakmodules

Dit zijn selectierichtlijnen, geen algemene regels voor goedkeuring of afkeuring. De daadwerkelijke prestaties moeten worden bevestigd aan de hand van het geselecteerde glas, het proces van de leverancier, het mechanische ontwerp en de definitieve validatietest.

Welk glas moet je kiezen?

Kies voor thermisch gehard glas wanneer:

• Het ontwerp maakt gebruik van relatief dik beschermglas
• Het voorpaneel is groot
• Er moet een korrelbreuk plaatsvinden
• De apparatuur is geïnstalleerd op een openbare locatie of op een plek die gevoelig is voor schade
• Een lichte vervorming als gevolg van de oven is aanvaardbaar

Kies voor chemisch gehard glas wanneer:

• Het afdekglas moet dun en licht blijven
• Optische vlakheid is van cruciaal belang
• Er gelden strenge maattoleranties
• Het product maakt gebruik van een slanke touch-structuur
• De opgegeven glassamenstelling is bedoeld voor ionenuitwisseling

Kies niet alleen op basis van de dikte

Een dikker scherm is niet automatisch een betere touchscreenoplossing. Het biedt weliswaar betere mechanische bescherming, maar het zorgt ook voor meer gewicht en stelt hogere eisen aan de afstemming van het projectief-capacitieve touchscreen.

Ook is chemisch gehard glas niet automatisch sterker in elk concreet product. Beschadigingen aan de randen, montagespanning, openingen, de hechting van de bevestiging en de plaats van de inslag kunnen het resultaat beïnvloeden.

Raadpleeg onze Ontwerphandleiding voor beschermglas voor industriële touchscreens.

Drie punten die vaak verkeerd worden begrepen

1. Gehard glas is niet krasbestendig

Door het glas te versterken wordt het oppervlak aan druk blootgesteld, waardoor de weerstand tegen scheurgroei toeneemt. Dit betekent echter niet dat het glas onkrasbaar wordt. Schurende deeltjes, ongeschikte schoonmaakmiddelen en harde verontreinigingen kunnen het oppervlak nog steeds beschadigen.

2. De sterkte van glas staat niet gelijk aan een IK-classificatie

Een IK-classificatie geldt voor het geteste geheel, niet voor de glasplaat op zich. Het type glas en de dikte zijn van belang, maar dat geldt ook voor de randondersteuning, de stijfheid van de behuizing, de bevestigingswijze en de plaats van de inslag. Een specificatie van 6 mm glas op zich is geen bewijs dat aan de IK10-norm wordt voldaan.

Zie voor de volledige testlogica Wat is een IK10 aanraakscherm?.

3. De versterkingsmethode heeft geen invloed op de aanraakgevoeligheid

De prestaties van PCAP worden voornamelijk beïnvloed door de volledige diëlektrische opbouw, waaronder de dikte van het glas, het ontwerp van de sensor, de verbindingsstructuur, de capaciteit van de controller, de aarding, handschoenen en de wateromstandigheden.

Zowel thermisch gehard als chemisch versterkt glas is geschikt voor PCAP. De eindassemblage moet als compleet systeem worden afgesteld en getest. Onze Handleiding voor industriële PCAP-touchscreens legt dit verband nader uit.

Wat u moet controleren voordat u bestelt

Controleer het volgende voordat u het afdekglas goedkeurt voor productie:

1. Glasondergrond en exacte materiaalkwaliteit
2. Thermisch afharden of chemisch versterkingsproces
3. Dikte en tolerantie van het afgewerkte glas
4. Omtrek, hoekradius, openingen en randafwerking
5. Eisen inzake vlakheid en uiterlijk
6. Vereiste breuk- of veiligheidsnorm
7. CS- en DOL-eisen voor chemisch gehard glas
8. Mechanische ondersteuning en montagevoorwaarden
9. Methode voor de laatste afwerking en validatie van de impact

Alle zaag-, boor- en randbewerkingen moeten vóór het verstevigen zijn voltooid. De volgorde van het bedrukken, coaten en verlijmen moet met de verwerkers worden afgestemd, aangezien de eisen ten aanzien van het materiaal en de uitharding variëren.

FAQ

Zijn gehard glas en getemperd glas hetzelfde?

In de technische terminologie verwijzen beide termen naar thermisch gehard glas. De term “Toughened glass” wordt vaker gebruikt in het Verenigd Koninkrijk en Europa, terwijl “tempered glass” gangbaarder is in Noord-Amerika. Sommige leveranciers gebruiken deze termen losjes voor chemisch versterkt glas; daarom moet altijd worden vermeld om welk proces het daadwerkelijk gaat.

Is chemisch gehard glas veiliger dan gehard glas?

Niet per se. Chemische versterking kan een uitstekende schadebestendigheid opleveren, vooral bij dun glas, maar zorgt niet automatisch voor het korrelachtige breukpatroon dat kenmerkend is voor volledig gehard veiligheidsglas.

Kan gehard glas na de bewerking nog worden gesneden?

Thermisch gehard glas kan na het harden niet meer worden gesneden of geboord. Ook chemisch gehard glas mag achteraf niet meer worden bewerkt, omdat bij het snijden of slijpen de samengedrukte oppervlaktelaag wordt verwijderd of beschadigd.

Welk proces is beter geschikt voor industriële touchscreens?

Gebruik thermische harding voor dikker, groter beschermglas wanneer robuuste bescherming van de voorkant en breuk in kleine stukjes prioriteit hebben. Gebruik chemische verharding voor dun, nauwkeurig afdekglas wanneer optische kwaliteit, een laag gewicht en maatnauwkeurigheid belangrijker zijn.

Definitief advies

Vermeld op een technische tekening van een industrieel touchscreen niet alleen “gehard glas”. Die omschrijving laat te veel ruimte voor interpretatie.

Geef het glassubstraat, het verhardingsproces, de dikte, de randafwerking, de maattolerantie, de breukvereisten en de methode voor de eindcontrole aan. Geef voor chemisch gehard glas ook de vereiste CS- en DOL-waarden aan.

Het glas dat op papier het sterkste lijkt, is in de praktijk niet altijd het meest betrouwbare touchscreen. Het juiste glas is het glas dat goed samenwerkt met de uiteindelijke sensor, de behuizing, de bevestigingsconstructie en de gebruiksomgeving.

Als u een industriële HMI, kiosk, EV-oplaadstation of op maat gemaakt touchscreen ontwikkelt, kan Eagle Touch het afdekglas en de aanraakstructuur als één complete assemblage beoordelen voordat de proefproductie van start gaat.