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门窗钢化玻璃的缺点

发布时间:2019-04-28 17:45

来源:www.9hmc.com

  1)钢化后的玻璃不能再进行切割和加工.只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形 状,再进行钢化处理。

  2)钢化玻璃强度虽然比普通玻璃大,但是钢化玻璃在温差变化大时有自爆(自己破裂) 的可能性,而普通玻璃不存在自爆的可能性。

  钢化玻璃的辨别。玻璃经过钢化处理后,由于钢化过程中加热和冷却的不均匀,在 玻璃板面上会产生不同的应力分布。由光弹理论可以知道,玻璃中应力的存在会引起光线的 双折射现象。光线的双折射现象通过偏振光可以观察。把钢化玻璃放在偏振光下,可以观察 到在玻璃面板上不同区域的颜色和明暗变化,这就是人们一般所说的钢化玻璃的应力斑。在 日光中就存在着一定成分的偏振光,偏振光的强度受天气和阳光的入射角影响。通过偏振光 眼镜或以与玻璃的垂直方向成较大的角度去观察钢化玻璃,钢化玻璃的应力斑会更加明显。 也正是这个特点,应力斑特征成为鉴别真假钢化玻璃的重要标志。

  钢化玻璃的均质处理

  均质钢化玻璃是指经过特定工艺条件处理过的钠钙硅钢化玻璃,又称热浸钢化玻璃(简 称 HST)。

  (1)钢化玻璃的自爆原因。

  玻璃主料石英砂或砂岩含有镍,燃料及辅料含有硫,在玻璃的生产过程中,经过14⑻? 1500°C高温熔窑燃烧熔化,形成了硫化镍结石。当温度超过1000°C时,硫化镍结石以液滴 形式随机分布于熔融玻璃液中;当温度降至797°C时,这些小液滴结晶固化,硫化镍处于高 温态的crNiS晶相(六方晶体);当温度继续降至379°C时,发生晶相转变成为低温状态的 p-NiS (三方晶系),同时伴随着2%?4%的体积膨胀,在玻璃内部引发微裂纹,从而埋下 可能导致钢化玻璃自爆的隐患。晶相转变过程的快慢,取决于硫化镍颗粒中不同组成物(包 括Ni7S6、NiS、NiSl.Ol)的百分比含量,也取决于周围温度的高低。如果硫化镍相变没有 转换完全.则即使在自然存放及正常使用的温度条件下,这一过程仍然继续,只是速度很低 而已。

  典型的NiS引起的自爆碎片见图3-17,玻璃碎片呈放射状分布,放射中心有两块形似 蝴蝶翅膀的玻璃块,俗称“蝴蝶斑”。NiS结石位于两块“蝴蝶斑”的界面上,如图3-18所 示。图3-19是从自爆后玻璃碎片中提取的NiS结石的扫描电镜照片,其表面起伏不平、非 常粗糙。

  当玻璃钢化加热时,玻璃内部板芯温度约620°c,

  图3-19 NiS结石扫描电镜照片

  所有的硫化镍都处于高温态的『NiS相。随后,玻璃进 人风栅急冷,玻璃中的硫化镍在379°C发生相变。与浮 法退火窑不同的是,钢化急冷时间很短,来不及转变成 低温态p — NiS而以高温态硫化镍a相被“冻结”在玻 璃中。快速急冷使玻璃得以钢化,形成外压内张的应力 统一平衡体。在已经钢化了的玻璃中,硫化镍相变低 速、持续地进行着,体积不断膨胀扩张,对其周围玻璃 的作用力随之增大。钢化玻璃板芯本身就是张应力层,

  位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀,也形成张应力。这两种张应力叠加在一起, 足以引发钢化玻璃的破裂,即自爆。

  常见的减少这种ft爆的方法有三种:

  玻璃钢化时,使用含较少硫化镍结石的原片,即使用优质原片。

  避免钢化玻璃应力过大。

  对钢化玻璃进行均质处理。

  进一步实验表明:对于表面压应力为lOOMPa的钢化玻璃,其内部的张应力为45MPa 左右。此时,张应力层中任何直径大于〇.〇6mm的硫化镍均可引发自爆。另外,根据自爆 研究统计结果分析,95%以上的自爆是由粒径分布在0.04?0.65mm之间的硫化镍引发。 根据材料断裂力学计算出,硫化镍引发自爆的平均粒径为〇. 2mm。

  国外研究表明.硫化镍在玻璃中一般位于张应力区,大部分集中在板芯部位的高张应力 区。处在压应力区的NiS,一般不会导致自爆。钢化玻璃内应力越大,硫化镍结石临界直径 就越小.能引起自爆的NiS颗粒也就越多,自爆率相应就越高。

  如上所述,钢化应力越大,硫化镍结石的临界半径就越小,能引起自爆的结石就越多。 显然,钢化应力应控制在适当的范围内.这样既可保证钢化碎片颗粒度满足有关标准,也能 避免高应力引起不必要的自爆风险。平面应力(钢化均匀度)应越小越好,这样不仅减小自 爆风险,而且能提高钢化玻璃的平整度。

  (2)钢化玻璃的检测。

  1)目前已发展出无损测定钢化玻璃表面压应力的方法和仪器。测定表面应力的方法主 要有两种:差量表面折射仪法(简称DSR)和临界角表面偏光仪法(简称GASP)。

  DSR应力仪的原理是测定因应力引起的玻璃折射率的变化。当一定人射角的光到达玻 璃表面时,由于应力双折射的作用,光束会分成两股以不同的临界角反射,借助测微目镜测 出两光束之间的距离,即可计算出应力值。

  GASP应力仪将激光束导人玻璃表面,在表面附近的薄层中以平行玻璃表面的方向运 行一小段距离,应力双折射导致激光束发生干涉,测定干涉条纹的倾角就可计算出应 力值。

  nsR应力仪可测定化学钢化玻璃,但操作要求较高,不易掌握,并且测量精度相对较 低。GASP应力仪工作可靠、精度高、易校验,不足之处是价格较贵。

  2)钢化均匀度是指同一块玻璃不同 区域的应力一致性(图3-20),可测定由 同一块玻璃平面各部分的加热温度及冷却 强度不一致产生的平面应力,这种应力叠 加在厚度应力上,使一些区域的实际板芯 图3-2〇应力仪下钢化均匀度直观图像 张应力上升,引起临界直径值下降,最终

  导致自爆率增加。

对图3-20所示两个钢化应力图,比较而言,左边图较差,右边图较好。

  钢化均匀度(平面应力)测定较简单,利用平面透射偏振光就能定性分析。但要定量分 析,须使用定量应力分析方法•一般常用检偏器旋转法测定应力消光补偿角,根据角度可方 便地计算出应力值。

  钢化玻璃的均质处理。对钢化玻璃进行二次热处理的过程通常称为均质处理或引 爆。均质处理是公认的彻底解决向爆问题的冇效方法。将钢化玻璃再次加热到280°C左右并 保温一定时间,使硫化镍在玻璃出厂前完成晶相转变,让以后可能自爆的玻璃在工厂内提前 破碎。这种钢化后再次热处理的方法,国外称作“Heat Soak Test”,简称HST。我国通常 将其译成“均质处理”,也俗称“引爆处理”。

  从原理上看,均质处理似乎很简单,许多厂家对此并不重视,认为可随便选择外购甚至 自制均质炉。实际上并非如此,玻璃中的硫化镍夹杂物往往是非化学计量的化合物,并含有 比例不等的其他元素.其相变速度高度依赖T温度制度。研究结果表明,280°C时的相变速 率是250°C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 有些玻璃温度太高,会引起硫化镍逆向相变;另一方面温度低的玻璃因保温时间不够,使得 硫化镍相变不完全。两种情况均会导致无效的均质处理。研究人员曾测试了多台均质炉的温 度制度,发现最好的进口炉也存在30°C以上的温差,多台国产炉内的温差甚至超过55°C。 这或许说明了经均质处理的玻璃仍然发生许多自爆的原因。

  280

  图3 - 21均质处理过程的典型曲线 '厂温度坐标(°C); ?时间坐标(h); 1…第一片达到28CTC的玻璃 的温度曲线;2- M后一片达到280°C的玻璃的温度曲线;“加热阶段; 心保温阶段;c一冷却阶段;c/环境温度(升温起始阶段)

  1)均质处理过程。均质处理过程包括升温、保温及降温三个阶段(图3-21)。

  升温阶段。升温阶段开始于所有玻璃所处的环境温度,终止于最后一片玻璃表面温度 达到280-C的时刻。在升温阶段,炉内温度有可能超过320°C,但玻璃表面的温度不能超过 320°C,并应尽量缩短玻璃表面温度超过300°C的时间。

  保温阶段。保温阶段开始于所有玻璃表面温度达到28〇°C的时刻,保温时间至少为2 小时。在整个保温阶段中,应确保玻璃表面的温度保持在29〇°C士 10°C的范围内。

  冷却阶段。当最后达到280°C的玻璃完成2小时保温后,开始冷却阶段,在此阶段玻 璃温度降至环境温度。当炉内温度降至7〇°C时,可认为冷却阶段终止。降温时应对降温速 率进行控制,以最大限度地减少玻璃由于热应力而引起的破坏。

  2)均质处理系统。

  均质炉。均质炉必须采用强制对流加热的方式加热玻璃。对流加热靠热空气加热玻 璃,加热元件布置在风道中,空气在风道中被加热,然后进人炉内。这种加热方式可避免元 件直接辐射加热玻璃,引起玻璃局部过热。

  对流加热的效果依赖于热空气在炉内的循环路线,因此均质炉内的气体流通必须经过精 心设计。总的原则是尽可能地使炉内气流通畅、温度均匀。即使发生玻璃破碎,碎片也不能 堵塞气流通路。

  只有全部玻璃的温度达到至少280°C,并保温至少2小时,均质处理才能达到满意的效 果。然而,在日常生产中,控制炉温只能依据炉内的空气温度。因此,必须对每台炉子进行 标定试验,找出玻璃温度与炉内空气温度之间的关系。炉内的测温点必须足够多,以满足处 理工艺的需要。

  玻璃放置方式。均质炉内的玻璃片之间是热空气的对流通道,因此玻璃的堆置方式对 于均质处理的质量极其重要。

  首先,玻璃的堆置方向应顺应气流方向,不可阻碍空气流动,可以采用竖直方式支撑玻 璃(图3-22)。不得用外力固定或夹紧玻璃,应使玻璃处于自由支撑状态。竖直支撑可以是 绝对竖直,也可以是与绝对竖直向夹角小于15°的角度支撑。

  图3-23玻璃的竖直支撑及间隔体

  其次,玻璃片与片之间的空隙须足够大,分隔物不能堵塞空气通道,玻璃片之间至少须 有20mm的间隙,如图3-23所示,片之间不能直接接触。当玻璃尺寸差异较大,或有孔及 /或凹槽的玻璃放在同一支架上时,为防止玻璃破碎,玻璃间隔应加大。

  均质温度制度。均质处理的温度制度也是决定均质质量的一个决定性因素。1990年 版的德国标准DIN 18516笼统规定了均质炉内的平均炉温为290°c±10°c,保温时间长达8 小时。实践证明,按此标准进行均质处理的玻璃自爆率还是较高,结果并不理想。因此,根 据1994年以来的大量研究成果,2000年的欧洲新标准讨论稿将规定改为:均质炉内玻璃的 温度在290°C±10°C下保温2小时。多年累积的数据分析表明,严格按新标准均质处理过的 玻璃,发生后续自爆的概率在〇.〇1以下。此概率的意义是:每1万平方米玻璃,在1年之 内再发生1例自爆的概率小于1%。由此,才可自信地称钢化玻璃为“安全玻璃”。

  均质钢化玻璃的质量要求。

  弯曲强度(四点弯法)。以95%的置信区间,5%的破损概率,均质钢化玻璃的弯曲 强度应符合表3 - 20的规定。

  均质钢化玻璃的其他质量要求,与钢化玻璃的质量要求相同。

  
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