熱浸玻璃|你知道強化玻璃還是有可能自爆嗎?

【強化】玻璃 (Tempered glass/Reinforced glass) 屬于安全玻璃。【強化】玻璃其實是一種預應力玻璃,為提高玻璃的強度,通常使用化學或物理的方法,在玻璃表面形成壓應力,玻璃承受外力時首先抵消表層應力,從而提高了承載能力,增強玻璃自身抗風壓性,寒暑性,沖擊性等。

【強化】玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸,然后加熱到接近軟化點的700度左右,再進行快速均勻的冷卻而得到的(通常5-6MM的玻璃在700度高溫下加熱240秒左右,降溫150秒左右。8-10MM玻璃在700度高溫下加熱500秒左右,降溫300秒左右。總之,根據玻璃厚度不同,選擇加熱降溫的時間也不同)。【強化】處理后玻璃表面形成均勻壓應力,而內部則形成張應力,使玻璃的抗彎和抗沖擊強度得以提高,其強度約是普通退火玻璃的四倍以上。已【強化】處理好的【強化】玻璃,不能再作任何切割、磨削等加工或受破損,否則就會因破壞均勻壓應力平衡而“粉身碎骨”。
【強化】玻璃在無直接機械外力作用下發生的自動性炸裂叫做【強化】玻璃的自爆,根據行業經驗,普通【強化】玻璃的自爆率在1~3‰左右。自爆是【強化】玻璃固有的特性之一。
擴大產生自爆的原因很多,簡單地歸納以下幾種:



①玻璃材質品質缺點的影響
A、玻璃中有結石、雜質,氣泡:玻璃中有雜質是【強化】玻璃的薄弱點,也是應力集中處。特別是結石若處在【強化】玻璃的張應力區是導致炸裂的重要因素。
結石存在于玻璃中,與玻璃體有著不同的膨脹系數。玻璃【強化】后結石周圍裂紋區域的應力集中成倍地增加。當結石膨脹系數小于玻璃,結石周圍的切向應力處于受拉狀態。伴隨結石而存在的裂紋擴展極易發生。
B、玻璃中含有硫化鎳結晶物
硫化鎳夾雜物一般以結晶的小球體存在,直徑在0.1—2㎜。外表呈金屬狀,這些雜夾物是NI3S2,NI7S6和NI—XS,其中X=0—0.07。只有NI1—XS相是造成【強化】玻璃自發炸碎的主要原因。
已知理論上的NIS在379。C時有一相變過程,從高溫狀態的a—NIS六方晶系轉變為低溫狀態B—NI三方晶系過程中,伴隨出現2.38%的體積膨脹。這一結構在室溫時保存下來。如果以后玻璃受熱就可能迅速出現a—B態轉變。如果這些雜物在【強化】玻璃受張應力的內部,則體積膨脹會引起自發炸裂。如果室溫時存在a—NIS,經過數年、數月也會慢慢轉變到B態,在這一相變過程中體積緩慢增大未必造成內部破裂。
C、玻璃表面因加工過程或操作不當造成有劃痕、炸口、深爆邊等缺點,易造成應力集中或導致【強化】玻璃自爆。
②【強化】玻璃中應力分布不均勻、偏移
玻璃在加熱或冷卻時沿玻璃厚度方向產生的溫度梯度不均勻、不對稱。使【強化】制品有自爆的趨向,有的在激冷時就產生“風爆”。如果張應力區偏移到制品的某一邊或者偏移到表面則【強化】玻璃形成自爆。
③【強化】程度的影響,實驗證明,當【強化】程度提高到1級/㎝時自爆數達20—25%。由此可見應力越大【強化】程度越高,自爆量也越大。
【強化】玻璃自爆解決方案
⒈降低【強化】玻璃的應力值

【強化】玻璃中應力的分布是【強化】玻璃的兩個表面為壓應力,板芯層處于張應力,在玻璃厚度上應力分布類似拋物線。玻璃厚度的中央是拋物線的頂點,即張應力最大處;兩側接近玻璃兩表面處是壓應力;零應力面大約位于厚度的1/3處。通過分析【強化】急冷的物理過程,可知【強化】玻璃表面張力和內部的最大張應力在數值上有粗略的比例關系,即張應力是壓應力的1/2~1/3.國內廠家一般將【強化】玻璃表面張力設定在100MPa左右,實際情況可能更高一些。【強化】玻璃自身的張應力約為32MPa~46MPa,玻璃的抗張強度是59MPa~62MPa,只要硫化鎳膨脹產生的張力在30MPa,則足以引發自爆。若降低其表面應力,相應地會降低【強化】玻璃本身自有的張應力,從而有助于減少自爆的發生。
美國標準ASTMC1048中規定【強化】玻璃的表面應力范圍為大于69MPa;半【強化】(熱增強)玻璃為24MPa~52MPa.幕墻玻璃標準BG17841則規定為半【強化】應力范圍24<;δ≤69MPa. 實施的新國家標準GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分:【強化】玻璃》要求其表面應力不應小于90MPa.這比老標準中規定的95MPa降低了5MPa,有利于減少自爆。
⒉使玻璃的應力均勻一致

【強化】玻璃的應力不均,會明顯增大自爆率,已經到了不容忽視的程度。應力不均引發的自爆有時表現得非常集中,特別是彎【強化】玻璃的某具體批次的自爆率會達到令人震驚的嚴重程度,且可能連續發生自爆。其原因主要是局部應力不均和張力層在厚度方向的偏移,玻璃原片自身材質品質也有一定的影響。應力不均會大幅降低玻璃的強度,在一定程度上相當于提高了內部的張應力,從而自爆率提高了。如果能使【強化】玻璃的應力均勻分布,則可有效降低自爆率。
⒊熱浸處理(HST)
熱浸處理又稱均質處理,俗稱“引爆”。熱浸處理是將【強化】玻璃加熱到290℃±10℃,并保溫一定時間,促使硫化鎳在【強化】玻璃中快速完成晶相轉變,讓原本使用后才可能自爆的【強化】玻璃人為地提前破碎在工廠的熱浸爐中,從而減少安裝后使用中的【強化】玻璃自爆。該方法一般用熱風作為加熱的介質,國外稱作“HeatSoakTest”,簡稱HST,直譯為熱浸處理。

熱浸難點。從原理上看,熱浸處理既不復雜,也無難度。但實際上達到這一工藝指標非常不易。研究顯示,玻璃中硫化鎳的具體化學結構式有多種,如Ni7S6、NiS、NiS1.01等,不但各種成分的比例不等,而且可能摻雜其他元素。其相變快慢高度依賴于溫度的高低。研究表明,280℃時的相變速率是250℃時的100倍,因此必須確保爐內的各塊玻璃經歷同樣的溫度制度。否則一方面溫度低的玻璃因保溫時間不夠,硫化鎳不能完全相變,減弱了熱浸的功效。另一方面,當玻璃溫度太高時,甚至會引起硫化鎳逆向相變,造成更大的隱患。這兩種情況都會導致熱浸處理勞而無功甚至適得其反。熱浸爐工作時溫度的均勻性是如此的重要,而多數國產熱浸爐熱浸保溫時爐內的溫差甚至達到60℃,國外引進爐存在30℃左右的溫差也不少見。所以有的【強化】玻璃雖經熱浸處理,自爆率依然居高不下。

實際上,熱浸工藝和設備也一直在不斷地改進中。德國標準DIN18516在90年版中規定的保溫時間為8小時,而prEN14179-1:2001(E)標準則將保溫時間降到了2小時。新標準下熱浸工藝的效果十分顯著,并且有明確的統計性技術指標:熱浸后可降到每400噸玻璃一例自爆。另一方面,熱浸爐也在不斷地改進設計和結構,加熱均勻性也得到了明顯提高,基本可以滿足熱浸工藝的要求。例如南玻集團熱浸處理的玻璃,自爆率達到了歐洲新標準的技術指標,在12萬平米的廣州新機場超大工程中表現極為滿意。
盡管熱浸處理不能保證絕對不發生自爆,但確實降低了自爆的發生,實實在在地解決了困擾工程各方的自爆問題。所以熱浸是世界上一致認可的徹底解決自爆問題的最有效方法。

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