钢化玻璃自爆及热浸湿处理,钢化玻璃具有“自爆”特性。所谓“自爆”是指钢化玻璃在没有外力作用的情况下,有时候会出现自己爆裂的情况。钢化玻璃自爆后脱落,形成的“玻璃雨”是高层建筑上一个重要的不安全因素。楼梯及浴室等与人们接触较多的特殊场所也用到很多钢化玻璃,自爆将会带来严重的安全问题。因此应分析钢化玻璃自爆的原因,找到有效的对策和解决方法,保证钢化玻璃的合理使用。
钢化玻璃是我国住房和城乡建设部认定的安全玻璃品种之一。为保证钢化玻璃的质量,国家颁布了钢化玻璃的质量标准,并将其列入强制认证的产品,应取得3C证书才准予市场进入。
影响钢化玻璃自爆的因素很多,可以采取措施有效地降低钢化玻璃自爆率,但目前的检测手段无法彻底避免钢化玻璃自爆现象的发生,很多重要场所应采用钢化夹层复合玻璃。
在钢化玻璃生产、储存、运输、安装、使用等过程中均有可能发生钢化玻璃自爆的现象。钢化玻璃发生自爆的原因,可以分成外部因素、内部因素两种。
玻璃表面、边部由于搬运、安装、维护不小心,造成划伤、表面腐蚀、裂口、爆边等,均有可能破坏钢化玻璃的应力而导致钢化玻璃的爆裂。
安装时,如果安装间隙较小或玻璃直接与框架接触,在阳光的照射下,玻璃与金属框架的膨胀系数不一样,容易使玻璃的边部或角部受到挤压应力,或玻璃的边部产生局部暂时热应力,引发钢化玻璃爆裂。
④设计因素对于强台风地区和高层楼宇,如设计抗风压不符合要求,在强台风袭击下,同样造成钢化玻璃的爆裂
当玻璃体中存在有结石、砂粒、气泡等夹杂物时,钢化玻璃有可能发生自爆现象。特别是当这些缺陷存在于玻璃的张应力部位时,玻璃发生爆裂的概率会大很多。这些可见结构缺陷造成的钢化玻璃自爆,一般发生在钢化工艺过程中,也就是在生产中破裂,较少发生在后续的使用过程中,除非是使用时钢化玻璃受到较大的热应力。
②玻璃中的不可见结构缺陷。国外研究结果表明,钢化玻璃内部的硫化镍微粒是导致钢化玻璃自爆的主要原因。研究发现引起钢化玻璃自爆的硫化镍颗粒直径在0. 04~0. 65mm之间,平均粒径为0. 2mm,这种直径的颗粒无法在生产中进行目测检验,所以由硫化镍微粒影响而发生的钢化玻璃自爆现象,目前在生产检验中还很难控制。目前还不能确切地知道玻璃中是如何混入硫化镍的,一般认为是由制造玻璃的原料石英砂、部分辅料及燃料分别带入玻璃的。镍,可能的来源是原料粉碎设备上使用的各种含镍合金部件。硫,毫无疑问来源于配合料中及燃料中的含硫成分。当温度超过1000℃时,硫化镍以液滴形式存在于熔融玻璃中,这些小液滴的固化温度为797℃.1g硫化镍能生成约1000个直径为0. 15mm的小结石。硫化镍颗粒是引起钢化玻璃安装使用后自爆的主要原因。
硫化镍是一种晶体,存在两种晶相:高温相α-NiS(为六方晶体)和低温相β-NiS(为三方晶系),相变温度为379℃.玻璃在钢化炉内加热时,因加热温度远高于相变温度,NiS全部转变为α相晶体。然而在随后的钢化过程中,玻璃是从高温迅速冷却下来,α-NiS来不及转变为β-NiS,从而被冻结在钢化玻璃中。在室温环境下,α-NiS是不稳定的,有逐渐转变为β-NiS的趋势。这种晶相转变伴随着约2. 38%的体积膨胀。玻璃经钢化处理后,表面形成压应力,内部呈张应力,压应力和张应力构成一个平衡体。当玻璃体中含有较大体积的硫化镍颗粒时,硫化镍颗粒发生晶相转变,体积变大,对颗粒周围的玻璃体产生足够大的张应力。我们知道,钢化玻璃的中间是张应力层,如果硫化镍颗粒也在玻璃中间层,那么两种应力叠加在一起,就使钢化玻璃内部承受巨大的张应力,足以引发钢化玻璃的爆裂即“自爆”。而当硫化镍颗粒位于压应力区时,钢化玻璃一般不会发生自爆,但钢化玻璃的强度显著降低。
实验表明:对于表面压应力为100MPa的钢化玻璃,张应力层中直径大于0. 06mm的硫化镍颗粒可能引发自爆。
(1)降低钢化玻璃应力值,普通浮法玻璃在建筑上会出现强度不足和热炸裂问题,但不会出现自爆的问题。说明玻璃的应力值低可以减小自爆率。根据钢化玻璃质量标准要求,生产中一般控制钢化玻璃的表面压应力值在90~115MPa之间,钢化玻璃的张应力约为50MPa,只要硫化镍颗粒膨胀产生的张应力达到30MPa以上,张应力叠加的结果足以引发钢化玻璃自爆。若降低钢化玻璃表面压应力,则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。
(2)使玻璃的应力均匀钢化玻璃的应力不均匀,会明显增大其自爆率。应力不均引发的自爆有时非常集中,特别是弯钢化玻璃,某些批次的自爆率会很高,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。应力不均会大幅降低玻璃的强度,从而使自爆率上升,如果能使钢化玻璃的应力均匀分布,则可有效降低自爆率。根据我们在玻璃热浸处理前进行应力测量的结果,应力差值超过20MPa的玻璃,其自爆率明显高于应力差值小于13MPa的玻璃。
(3)热浸处理(Heat Soak Test),所谓的“热浸”处理,是指将钢化玻璃放置到加热炉内,保温处理一段时间,促使硫化镍微粒在钢化玻璃中快速完成晶相转变,让原本使用以后可能自爆的钢化玻璃在工厂内的热浸炉中提前破碎。所以热浸处理也叫做“引爆”处理。通过热浸处理的钢化玻璃,其应力会得到一定程度的均化,这一点已经被测量结果所证实,所以热浸处理又称均质处理,热浸处理加热炉也称为“均质炉”。
钢化玻璃自爆主要是硫化镍微粒相变引起的,尽管适当降低应力可以减少自爆,但还不能满足实际的需求。目前,热浸处理工艺是降低钢化玻璃自爆率的可靠而有效的方法。近些年来在国际上,热浸工艺和设备也在不断的改进和完善中。
为了实现玻璃的均匀加热,热浸炉一般采用热风作为加热介质,因此钢化玻璃在进热浸炉前,需要间隔放置。钢化玻璃在热浸处理时应垂直放置,片与片之间的最小距离为20mm以上,要保证热风能从玻璃间隙中通过。
一般情况下,热浸温度设置在(290±10)℃左右,不得超过320℃,不能低于280℃.保温处理的时间一般设置在120min(2h).过低的保温温度,会要求保温时间大大延长,才能满足工艺要求。
厚玻璃在加热过程中如果升温过快,会造成玻璃在热浸时的自爆率过高,一般情况下都是采取慢速升温、慢速降温的方式。