Uitzettingscoëfficient

Glas dat met elkaar versmolten wordt in de oven
(fusen) moet “compatibel” zijn. Dat wil zeggen dat de uitzettingscoëfficiënt gelijkwaardig moet zijn. Bij de aanduiding van de uitzettingscoëfficient beperken de glasproducenten zich tot de laatste cijfers vanaf de 7e positie na de komma dus in alledaags gebruik zegt men bv. de COE is 90. Er is wereldwijd voor deze aanduiding gekozen, wat het kopen van fusingglas makkelijker maakt.

De uitzettingscoëfficient wordt in de regel afgekort met de termen:

Engels:  COE       Coefficiency Of Expansion

Duits:    AK          Aussatz Koëfficient of

Spanning in glas (stress)

Een van de grootste risico’s van het glasfusen is breuk van een werkstuk. Daarom is het belangrijk te weten wat daarvan de oorzaken zouden kunnen zijn en hoe je dit kunt voorkomen. De grootste risicofactor is spanning in glas, wat ontstaat tijdens een stookproces.

De belangrijkste oorzaken van spanning zijn:

1. glas is niet compatibel – verschillende uitzettingscoëfficienten
2. stookproces is niet goed verlopen
3. Compatibiliteit

Als 2 glasstukken aan elkaar moeten smelten, dienen de uitzettingscoëfficienten overeen te komen. Als dat niet het geval is, smelt de ene soort sneller dan de andere en zet de ene soort meer uit dan de andere. Evenredig krimpt de ene soort dan ook sneller en meer dan de andere. Tijdens de cruciale fase waarin het glas overgaat van vast naar vloeibaar en andersom, kunnen de moleculen zich door deze verschillen niet goed “zetten” in die belangrijke fasen en de verbinding komt onder spanning te staan. Spanning, ontstaan door incompatibiliteit veroorzaakt altijd zwakke punten waardoor het glas kan breken, al of niet tijdens het stoken of daarna. In de meeste gevallen kun je achteraf op de breuklijn de spanning letterlijk zien in het glas met behulp van polarisatiefilters (zie voor uitleg verderop in dit hoofdstuk). Indien er spanning in glas zit, breekt het werkstuk meestal tijdens het afkoelingsproces ofwel kort daarna. Indien het in de oven is gebroken, kun je aan de breuklijn zien of de breuk inderdaad tijdens de afkoelingsfase heeft plaatsgevonden, omdat de randen van de breuk dan scherp zijn. Werkstukken die gebroken zijn door deze vorm van spanning kun je maar beter weggooien, het glas is niet meer bruikbaar.

2. Stookproces

Uitzetting gebeurt tijdens het hele verwarmingsproces maar de belangrijkste fase is die tot het transformatiepunt, het punt waar de overgangsfase van vaste naar een vloeibare materie begint. In die periode is het glas dan ook erg gevoelig voor te snelle temperatuursveranderingen. De meeste breuken door foutief stoken gebeuren tijden de opwarmfase dus onderschat de waarde van een lange opwarmtijd nooit! Als er spanning is ontstaan tijdens het verhittingsproces, kan het glas op dat moment al kapot klappen. Indien je daarna toch het stookprogramma afwerkt, kan het best zijn dat de stukken alsnog aan elkaar smelten, maar de breuklijn zal altijd zichtbaar blijven.

Tijdens het afkoelingsproces is de zogenaamde annealingperiode ook erg belangrijk, dat is de periode waarin het glas weer teruggaat van vloeibaar naar vast. Gebeurt de afkoeling in die fase te snel dan zal er zeker spanning ontstaan. Ontstaat de spanning tijdens het afkoelingsproces dan breekt het werkstuk vaak al in de oven of kort daarna, en kun je scherpe breekranden of scheuren zien. Bij het fusen van glas is het daarom belangrijk dat er een stookproces wordt gehanteerd dat ervoor zorgt dat de opwarming en afkoeling in de meest cruciale fasen zeer langzaam gaat, en dat de stookcurve (een stap-voor-stap planning van een stookproces) geschikt is voor het type glas wat in de oven ligt. Hierover leer je meer in hoofdstuk 6.

Als je werkstuk is gebroken en het is duidelijk dat een foutieve stook de oorzaak is, kun je de scherven eventueel nog wel hergebruiken in een volgend werkstuk. Je moet dan wel heel nadrukkelijk de opwarmtijd verdubbelen en ook ruim de tijd voor de annealing nemen, maar de spanning kan op die manier wel weer uit het glas worden gestookt.

Het kiezen van glas

Voor glasfusing wordt vrijwel altijd het speciale fusingglas gebruikt. Qua samenstelling is dit glas in feite niet zo heel speciaal, maar qua productie wel. Glasproducenten die fusingglas maken, zorgen ervoor dat hun product aan bepaalde, vooropgestelde waarden inzake de uitzettingscoëfficient en viscositeit voldoet, zodat verschillende glasplaten en verschillende kleuren met elkaar versmolten kunnen worden. De uitzettingscoëfficient wordt in het laboratorium van de fabriek getest en wordt door deze producenten dan betiteld als “tested compatible”. Helaas is dat nog geen 100% garantie dat het glas exact de COE heeft die de fabrikant aangeeft, aangezien in het laboratorium niet alles getest kan worden. Theoretisch kun je dus wel met verschillende platen en kleuren glas van één merk fusen maar in de praktijk zijn er toch nog factoren die onzekerheid omtrent de uitzettingsfactor geven. De meeste zekerheid verkrijg je toch door zelf een test uit te voeren, wat je heel wat glas, en dus kosten kan besparen. Feitelijk moet je elke plaat die je aanschaft eerst testen, ongeacht of je diezelfde soort en kleur al eerder hebt gebruikt, vanwege de productieverschillen die absoluut pér plaat kunnen bestaan. Een test geeft je daarnaast ook altijd wat extra informatie zoals de eventuele kleurverandering en temperatuurindicatie voor het beoogde resultaat. Hoe je een test kunt uitvoeren lees je verderop.

Voor fusing zijn er een aantal merken glas te koop met elk hun eigen COE (uitzettingscoëfficiënt) die per glasfabrikant (merk) verschilt. Hieronder volgt een overzichtje van de merken die in Nederland het meest bekend en gebruikt zijn. Er zijn nog wel meer fabrikanten maar die zijn in Nederland niet of nauwelijks vertegenwoordigd.

Glassoort/merk, Herkomst en COE

Bullseye USA COE 90
Wissmach USA COE 96 (Deze fabriek heeft ook COE90 gemaakt in het verleden.)
Oceanside Glass (spectrum) USE COE 96
Effetre (Moretti) Italië COE 104
Float glas (vensterglas) ± COE82

Uroboros Deze fabriek bestaat niet meer had COE 90 en COE96  in productie

Het door de fabrikant aangegeven COE nummer is een standaard voor dát merk, waar echter nog wel minimale afwijkingen in kunnen voorkomen. Zolang de afwijking niet meer dan 1 bedraagt is het geen groot probleem. Bij grotere verschillen ontstaat er gegarandeerd spanning, bij een verschil van 4 of meer zal er dermate veel spanning ontstaan dat een werkstuk zal breken. Bullseye en System96 samen in één werkstuk levert dus met zekerheid scherven op!

De COE van floatglas kan sterk variëren en ligt gemiddeld tussen 78 en 86, aangezien dit nooit wordt geproduceerd met het doel om het daarna nogmaals te verwarmen. Wil je toch met floatglas werken, zorg er dan voor dat je steeds stukken glas met elkaar versmelt, die tenminste uit één en dezelfde plaat afkomstig zijn, dat is de veiligste methode. Mocht dat om welke reden dan ook niet kunnen, doe dan in elk geval een aantal testen vooraf.

Feitelijk kun je alle glassoorten en merken wel gebruiken voor fusing, zonder de COE te weten. Maar hier geldt dan natuurlijk dezelfde regel als bij floatglas; eerst uitgebreid testen en liefst alleen stukken uit één en dezelfde plaat gebruiken. Een ander groot nadeel van willekeurig glas is overigens dat de kleuren vaak verbleken en ontglazing vaak voorkomt, maar wie wil experimenten met glas dat een aardige buurman doneert, kan dat zeker doen.

Spanning testen

Of 2 soorten glas met elkaar compatibel zijn kan op verschillende manieren worden getest. Dit is altijd verstandig om te doen, alvorens je een groot werkstuk gaat maken van dat glas. Er zijn verschillende manieren om glas op compatibiliteit te testen:

Spanning testen met filters

Allereerst is er de test met polarisatiefilters, wat de meest tijdrovende maar ook zeker de beste is. Hiervoor maak je een teststukje van blank glas, 6 mm dik en daarop leg je kleine stukjes (bv 2x 2 cm) van het glas dat je wilt gaan combineren, al of niet met blank glas. Het teststukje wordt gestookt volgens een normaal stookprogramma naar een diepe versmelting, ook wel full fuse genoemd (meer over stookprogramma’s vindt je in hoofdstuk 6) en daarna afgekoeld en schoongemaakt.

Polarisatiefilters zijn 2 maskerfolies die in combinatie met een lichtbron de spanning in glas kunnen laten zien. Houd het gestookte teststukje tussen de 2 filters en gebruik een lamp (lichtbak) als achtergrond. Door de tweede filter dwars te draaien ten opzichte van het eerste filter ontstaat er een zwart vlak. De lichtstralen van de lamp worden volledig geblokkeerd door het raster van de filters. Op plaatsen waar spanning in het glas zit, is de structuur veranderd en kaatsen de lichtstralen in afwijkende richtingen door de filters heen. Via het filter zie je de plaatsen oplichten waar de lichtstralen van richting veranderen. Het zijn helder lichte plekken en bij hoekige stukjes concentreert de spanning zich het sterkste op de hoeken, meestal zijn de sterkste vlekken daar te zien. Deze lichte plekken zijn dus plaatsen waar de spanning zit en zijn een teken dat de glassoorten niet geschikt zijn om met elkaar gefused te worden.

Ook glaspoeders kun je met de polarisatiefilters testen. Creëer een dieper liggend vakje met strookjes vlak glas en vul dat met poeder, dat geeft een vergelijkbaar effect als een stukje vlak glas.

Spanning testen met stroken

Bij deze methode worden 2 lange stroken glas van dezelfde afmeting (30-50 cm) op elkaar gelegd en gefused op hoge temperatuur. Na afkoeling leg je de samengesmolten strook op een vlakke tafel. Als de glassoorten compatibel zijn, zal de strook recht en strak zijn. Is het glas niet compatibel, dan zal de strook lichtjes krom zijn. De glassoort die aan de binnenkant van de kromming zit, is meer gekrompen dan de andere en heeft dus een hogere uitzettingscoëfficient.

 Deze test geeft bij grote compatibilteitsproblemen een duidelijke uitslag, mits het stookproces volgens de juiste procedure is doorlopen. Kleine verschillen in de COE zijn echter niet goed te zien. En hoewel er spanning in de kromme stroken zit, zal het glas nog niet zo heel snel breken, de smalle strookvorm zorgt ervoor dat die spanning minder directe breuk ten gevolg heeft. Alleen bij extreme verschillen zullen de stroken breken.

Spanning testen aan de brander

Deze manier van testen is de snelste maar ook de minst exacte. Je neemt 2 verschillende strookjes glas en houdt deze met een tang tegen elkaar in de vlam van een brander tot ze goed samensmelten. Om tot een gelijkmatige verwarming te komen moet het geheel zeer regelmatig rondgedraaid worden. Als het samengesmolten stukje glas roodgloeiend is, trek je met een tang het stuk snel uit tot een lange draad (zo lang als je armen kunnen strekken). Let op, het glas koelt op deze manier erg snel dus deze actie moet echt heel snel uitgevoerd worden, anders is het glas al zodanig gekoeld dat je er geen lange draad van kunt trekken. Zodra het glas hard is (binnen enkele seconden!) laat je de tang los en laat de draad verticaal hangen. Als de draad loodrecht naar beneden hangt zal het glas compatibel zijn. Trekt de draad krom dan is de ene soort glas sterker gekrompen tijdens de (snelle) afkoeling dan de andere, de COE’s zijn dan verschillend en dus zijn de glassoorten niet compatibel.