钢化玻璃的缺陷

钢化玻璃的缺陷

钢化玻璃的缺陷

钢化玻璃在无直接机械外力作用下发生的自动性炸裂叫做钢化玻璃的自爆,根据行业经验,普通钢化玻璃的自爆率在1~3‰左右。自爆是钢化玻璃固有的特性之*。

扩大产生自爆的原因很多,简单地归纳以下几种:

①玻璃质量缺陷的影响

A、玻璃中有结石、杂质,气泡:玻璃中有杂质是钢化玻璃的薄弱点,也是应力集中处。特别是结石若处在钢化玻璃的张应力区是导致炸裂的重要因素。

结石存在于玻璃中,与玻璃体有着不同的膨胀系数。玻璃钢化后结石周围裂纹区域的应力集中成倍地增加。当结石膨胀系数小于玻璃,结石周围的切向应力处于受拉状态。伴随结石而存在的裂纹扩展极易发生。

B、玻璃中含有硫化镍结晶物

硫化镍夹杂物一般以结晶的小球体存在,直径在0.1—2㎜。外表呈金属状,这些杂夹物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07。只有NI1—XS相是造成钢化玻璃自发炸碎的主要原因。

已知理论上的NIS在379。C时有一相变过程,从高温状态的a—NIS六方晶系转变为低温状态B—NI三方晶系过程中,伴随出现2.38%的体积膨胀。这一结构在室温时保存下来。如果以后玻璃受热就可能迅速出现a—B态转变。如果这些杂物在钢化玻璃受张应力的内部,则体积膨胀会引起自发炸裂。如果室温时存在a—NIS,经过数年、数月也会慢慢转变到B态,在这一相变过程中体积缓慢增大未必造成内部破裂。

C、玻璃表面因加工过程或操作不当造成有划痕、炸口、深爆边等缺陷,易造成应力集中或导致钢化玻璃自爆。

②钢化玻璃中应力分布不均匀、偏移

玻璃在加热或冷却时沿玻璃厚度方向产生的温度梯度不均匀、不对称。使钢化制品有自爆的趋向,有的在激冷时就产生“风爆”。如果张应力区偏移到制品的某一边或者偏移到表面则钢化玻璃形成自爆。

③钢化程度的影响,实验证明,当钢化程度提高到1级/㎝时自爆数达20—25%。由此可见应力越大钢化程度越高,自爆量也越大。

钢化玻璃自爆解决方案

1、降低钢化玻璃的应力值

钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力,板芯层处于张应力,在玻璃厚度上应力分布类似抛物线。玻璃厚度的中央是抛物线的顶点,即张应力*大处;两侧接近玻璃两表面处是压应力;零应力面大约位于厚度的1/3处。通过分析钢化急冷的物理过程,可知钢化玻璃表面张力和内部的*大张应力在数值上有粗略的比例关系,即张应力是压应力的1/2~1/3.国内厂家一般将钢化玻璃表面张力设定在100MPa左右,实际情况可能更高一些。钢化玻璃自身的张应力约为32MPa~46MPa,玻璃的抗张强度是59MPa~62MPa,只要硫化镍膨胀产生的张力在30MPa,则足以引发自爆。若降低其表面应力,相应地会降低钢化玻璃本身自有的张应力,从而有助于减少自爆的发生。

美国标准ASTMC1048中规定钢化玻璃的表面应力范围为大于69MPa;半钢化(热增强)玻璃为24MPa~52MPa.幕墙玻璃标准BG17841则规定为半钢化应力范围24<δ≤69MPa.我国今年3月1日实施的新国家标准GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》要求其表面应力不应小于90MPa.这比此前老标准中规定的95MPa降低了5MPa,有利于减少自爆。

2、使玻璃的应力均匀一致

钢化玻璃的应力不均,会明显增大自爆率,已经到了不容忽视的程度。应力不均引发的自爆有时表现得非常集中,特别是弯钢化玻璃的某具体批次的自爆率会达到令人震惊的严重程度,且可能连续发生自爆。其原因主要是局部应力不均和张力层在厚度方向的偏移,玻璃原片自身质量也有一定的影响。应力不均会大幅降低玻璃的强度,在一定程度上相当于提高了内部的张应力,从而自爆率提高了。如果能使钢化玻璃的应力均匀分布,则可有效降低自爆率。

3、热浸处理(HST)

热浸解释。热浸处理又称均质处理,俗称“引爆”。热浸处理是将钢化玻璃加热到290℃±10℃,并保温一定时间,促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变,让原本使用后才可能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中,从而减少安装后使用中的钢化玻璃自爆。该方法一般用热风作为加热的介质,国外称作“HeatSoakTest”,简称HST,直译为热浸处理。

热浸难点。从原理上看,热浸处理既不复杂,也无难度。但实际上达到这一工艺指标非常不易。研究显示,玻璃中硫化镍的具体化学结构式有多种,如Ni7S6、NiS、NiS1.01等,不但各种成分的比例不等,而且可能掺杂其他元素。其相变快慢高度依赖于温度的高低。研究表明,280℃时的相变速率是250℃时的100倍,因此必须确保炉内的各块玻璃经历同样的温度制度。否则一方面温度低的玻璃因保温时间不够,硫化镍不能完全相变,减弱了热浸的功效。另一方面,当玻璃温度太高时,甚*会引起硫化镍逆向相变,造成更大的隐患。这两种情况都会导致热浸处理劳而无功甚*适得其反。热浸炉工作时温度的均匀性是如此的重要,而三年前多数国产热浸炉热浸保温时炉内的温差甚*达到60℃,国外引进炉存在30℃左右的温差也不少见。所以有的钢化玻璃虽经热浸处理,自爆率依然居高不下。

新标准将更有效。实际上,热浸工艺和设备也一直在不断地改进中。德国标准DIN18516在90年版中规定的保温时间为8小时,而prEN14179-1:2001(E)标准则将保温时间降到了2小时。新标准下热浸工艺的效果十分显著,并且有明确的统计性技术指标:热浸后可降到每400吨玻璃一例自爆。另一方面,热浸炉也在不断地改进设计和结构,加热均匀性也得到了明显提高,基本可以满足热浸工艺的要求。例如南玻集团热浸处理的玻璃,自爆率达到了欧洲新标准的技术指标,在12万平米的广州新机场超大工程中表现极为满意。

尽管热浸处理不能保证绝*不发生自爆,但确实降低了自爆的发生,实实在在地解决了困扰工程各方的自爆问题。所以热浸是世界上一致认可的彻底解决自爆问题的*有效方法。

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