Folie i szkła ochronne „od kuchni” – co tak naprawdę przyklejamy na smartfony?

Tak czy inaczej, być może niektórych z Was ciekawi to, z czego są wykonywane wspomniane zabezpieczenia. Na początku weźmiemy na warsztat folie. Wydawać by się mogło, że nie ma tutaj żadnej filozofii – to po prostu plastik. Jednak, jak to zwykle bywa, plastik plastikowi nierówny.

Dość popularnym materiałem stosowanym do wyrobu folii ochronnych jest poli(tereftalan etylenu). Jeżeli ta nazwa nic wam nie mówi i czujecie, że połamalibyście sobie język przy próbie jej wypowiedzenia, nie martwcie się. Poli(tereftalan etylenu) to po prostu PET, ten sam polimer, z którego produkuje się butelki do Pepsi czy Coca-Coli. PET możemy założyć nie tylko na nasz smartfon, lecz także i na siebie, gdyż czasami wykorzystuje się go w tekstyliach. Jest wręcz śmiesznie tani – folie PET do smartfonów dostaniemy w sklepach wysyłkowych za mniej niż dolara – lekki, względnie wytrzymały (przynajmniej jak na plastik, nie równa się bowiem ze szkłem hartowanym) i stabilny w szerokim zakresie temperatur. W naszym klimacie nie powinny go zmóc nawet najsroższe mrozy czy upały. Niestety przez swą sztywność może powodować problemy przy zakrzywionych ekranach.

W tym miejscu warto wspomnieć, że o właściwościach tworzywa decyduje nie tylko jego skład chemiczny, lecz także struktura. Po przyklejeniu folii oczywiście chcielibyśmy widzieć to, co znajduje się pod nią. Dlatego też PET stosowany do produkcji smartfonowych „ochronek” powinien być amorficzny – wtedy jest przeźroczysty. Skrystalizowany poli(tereftalan etylenu) ma białą barwę. Amorficzny PET różni się od krystalicznego tym, że nie posiada uporządkowania dalekiego zasięgu w swojej strukturze. Mówiąc prościej, łańcuchy polimerowe są w nim ułożone w bardziej chaotyczny sposób. Amorficzność jest również jedną z najistotniejszych cech szkła, zarówno tego w oknach, jak i na naszych smartfonach.

Do szkła jeszcze wrócimy, tymczasem pochylmy się nad następnym materiałem, z którego produkuje się folie ochronne. W zasadzie to nad grupą materiałów, bo mowa o poliwęglanach. Niech nie zwiedzie was nazwa – nie robi się ich z węgla kopalnego. Z chemicznego punktu widzenia są estrami kwasu węglowego. Co ciekawe, do ich produkcji może być wykorzystywany fosgen (aczkolwiek stopniowo są wprowadzane mniej szkodliwe rozwiązania), który… stosowano jako gaz bojowy podczas I wojny światowej. Ale nie bójcie się, podczas korzystania z poliwęglanowych osłon będziecie nawet bezpieczniejsi niż wasz telefon. Chyba, że spróbujecie wykorzystać taką folię jako bibułkę papierosową albo wymyślicie jakiś inny dziwny sposób.

Poliwęglany mają cały szereg zastosowań – soczewki kontaktowe, nietłukące się szyby czy powoli odchodzące już do lamusa płyty kompaktowe. Poliwęglany są też bardziej odporne na uderzenia i zarysowania niż PET. Oba materiały wykazują zbliżoną sztywność, jednak należy nadmienić, że sam sposób produkcji (choćby rodzaj i ilość dodatków do bazowego polimeru) mocno wpływa na właściwości końcowego wyrobu… Dlatego też przy wyborze folii dla naszego smartfona oczywiście warto zwracać uwagę nie tylko na materiał, lecz także na opinie o marce.

Kolejnym rodzajem tworzyw, z których wytwarza się folie ochronne, są poliuretany termoplastyczne (TPU). Tu być może komuś zapaliła się lampka, bo poliuretany szerszej publice kojarzą się raczej z materacami czy piankami uszczelniającymi. Klucz tkwi w słowie „termoplastyczny”, bowiem większość poliuretanów jest termoutwardzalna – ulegają usztywnieniu pod wpływem temperatury. Tworzywa termoplastyczne pod wpływem temperatury miękną i nadają się do ponownego formowania. Struktura TPU opiera się na łańcuchach naprzemiennie ułożonych twardych i miękkich segmentów, co decyduje o elastyczności wyrobu – te folie są mniej sztywne niż PET czy poliwęglany. Wydają się także mniej gładkie w dotyku, lecz z drugiej strony są odporne na działanie olejów czy smarów i w pewnym stopniu wykazują właściwości samoleczące.

Omówiliśmy już materiały najczęściej stosowane do produkcji folii ochronnych, teraz możemy więc przejść do zabezpieczeń grubszego kalibru, czyli szkieł hartowanych. Tu sytuacja jednak wcale nie staje się łatwiejsza, bo – wbrew rozpowszechnionym uproszczeniom – szkło to nie tylko stopiony piasek, a hartowanie to nie tylko rozgrzewanie do czerwoności i wrzucanie do zimnej wody.

Po pierwsze, oprócz piasku kwarcowego, przy produkcji szkła używa się także innych substancji (topników, modyfikatorów i tak dalej), które razem tworzą zestaw szklarski. Jego skład różni się w zależności od tego, jakich cech oczekujemy od końcowego produktu. Żeby poznać dokładny przepis… Cóż, musielibyście przejść naprawdę porządny trening ninja, a potem wykraść odpowiednie dokumenty z siedziby producenta.

Po drugie, hartowanie odbywa się w ściśle kontrolowanych warunkach. Szkło najpierw musi zostać docięte i wyszlifowane do żądanego kształtu produktu, gdyż jakakolwiek obróbka mechaniczna po hartowaniu może spowodować uszkodzenie lub zniszczenie materiału. Proces hartowania polega na nagrzaniu szkła do temperatury powyżej 600°C i schłodzenia go przy pomocy dysz wydmuchujących powietrze pod wysokim ciśnieniem. W wyniku tego (w dużym uproszczeniu) wewnętrzna warstwa szkła ulega rozciąganiu, natomiast zewnętrzna – ściskaniu, co decyduje o zwiększonej wytrzymałości.

Proces produkcji szkieł ochronnych:

Cały ten skomplikowany dobór tworzyw i technik wytwarzania ostatecznie prowadzi do uzyskania wyrobu, który… kosztuje tyle, co cheeseburger z frytkami w sieciowym fast foodzie. Albo kilka cheeseburgerów, jeżeli pokusicie się na bardziej wyrafinowaną opcję. Ot, uroki masowej produkcji. Czasami warto jednak dostrzec niezwykłe w zwykłym. Kto wie, może wkrótce jakieś z pozoru banalne rozwiązanie sprawi, że smartfony przyszłości swą wytrzymałością przyćmią nawet legendarną Nokię 3310.

Na podstawie: pcmag.com, britannica.com, convestro.com, sciencedirect.com, scientificamerican.com