鋼化玻璃自爆診斷及解決方案

1、鋼化玻璃自爆診斷及解決方案2006-4-21 13:20:43頁面功能【字體：大中小】【打印】【關(guān)閉】鋼化玻璃以其優(yōu)良性能正越來越多地應(yīng)用在建筑工程、交通工具、生活起居、生產(chǎn)科研 等不同的領(lǐng)域，改變了城市建筑的風(fēng)格，也為我們的生活和工作帶來了許多的便利。為保證 鋼化玻璃的質(zhì)量，國家頒布了鋼化玻璃的質(zhì)量標準，并將其列入強制認證的產(chǎn)品，必須取得 3C證書才準予進入市場。但鋼化玻璃自爆問題始終無法回避。為了使人們了解自爆，認識自 爆，更合理地設(shè)計和使用鋼化玻璃，下面從多方面對自爆進行說明，合理評價自爆，正確對 待自爆，并介紹行之有效的對策和解決方法。鋼化玻璃自爆診斷自爆及其分類鋼化玻璃自爆可以表述為

2、鋼化玻璃在無外部直接作用的情況下而自動發(fā)生破碎的現(xiàn)象。 在鋼化加工、貯存、運輸、安裝、使用等過程中均可發(fā)生鋼化玻璃自爆。自爆按起因不同可 分為兩種：一是由玻璃中可見缺陷引起的自爆，例如結(jié)石、砂粒、氣泡、夾雜物、缺口、劃 傷、爆邊等；二是由玻璃中硫化鎳（NiS）雜質(zhì)膨脹引起的自爆。這是兩種不同類型的自爆，應(yīng)明確分類，區(qū)別對待，采用不同方法來應(yīng)對和處理。前者 一般目視可見，檢測相對容易，故生產(chǎn)中可控。后者則主要由玻璃中微小的硫化鎳顆粒體積 膨脹引發(fā)，無法目測檢驗，故不可控。在實際運作和處理上，前者一般可以在安裝前剔除， 后者因無法檢驗而繼續(xù)存在，成為使用中的鋼化玻璃自爆的主要因素。硫化鎳類自爆后更

3、換 難度大，處理費用高，同時會伴隨較大的質(zhì)量投訴及經(jīng)濟損失，造成業(yè)主的不滿甚至更為嚴 重的其他后果。所以，硫化鎳引發(fā)的自爆是我們討論的重點。鋼化玻璃自爆機理鋼化玻璃內(nèi)部的硫化鎳膨脹是導(dǎo)致鋼化玻璃自爆的主要原因。玻璃經(jīng)鋼化處理后，表面 層形成壓應(yīng)力。內(nèi)部板芯層呈張應(yīng)力，壓應(yīng)力和張應(yīng)力共同構(gòu)成一個平衡體。玻璃本身是一 種脆性材料，耐壓但不耐拉，所以玻璃的大部分破碎是張應(yīng)力引發(fā)的。鋼化玻璃中硫化鎳晶體發(fā)生相變時，其體積膨脹，處于玻璃板芯張應(yīng)力層的硫化鎳膨脹 使鋼化玻璃內(nèi)部產(chǎn)生更大的張應(yīng)力，當張應(yīng)力超過玻璃自身所能承受的極限時，就會導(dǎo)致鋼 化玻璃自爆。國外研究證明：玻璃主料石英砂或砂巖帶入鎳，燃料及輔

4、料帶入硫，在1400C 1500C高溫熔窯燃燒熔化形成硫化鎳。當溫度超過1000C時，硫化鎳以液滴形式隨機分布于 熔融玻璃液中。當溫度降至797C時，這些小液滴結(jié)晶固化，硫化鎳處于高溫態(tài)的a-NiS晶 相（六方晶體）。當溫度繼續(xù)降至379C時，發(fā)生晶相轉(zhuǎn)變成為低溫狀態(tài)的。-NiS（三方晶系）， 同時伴隨著2.38%的體積膨脹。這個轉(zhuǎn)變過程的快慢，既取決于硫化鎳顆粒中不同組成物（包 括Ni7S6、NiS、NiS1.01）的百分比含量，還取決于其周圍溫度的高低。如果硫化鎳相變沒 有轉(zhuǎn)換完全，則即使在自然存放及正常使用的溫度條件下，這一過程仍然繼續(xù)，只是速度很低而已。當玻璃鋼化加熱時，玻璃內(nèi)部板芯溫

5、度約620C，所有的硫化鎳都處于高溫態(tài)的a-NiS 相。隨后，玻璃進入風(fēng)柵急冷，玻璃中的硫化鎳在379 C發(fā)生相變。與浮法退火窯不同的是， 鋼化急冷時間很短，來不及轉(zhuǎn)變成低溫態(tài)P-NiS而以高溫態(tài)硫化鎳a相被“凍結(jié)”在玻璃中。 快速急冷使玻璃得以鋼化，形成外壓內(nèi)張的應(yīng)力統(tǒng)一平衡體。在已經(jīng)鋼化了的玻璃中硫化鎳 相變低速持續(xù)地進行著，體積不斷膨脹擴張，對其周圍玻璃的作用力隨之增大。鋼化玻璃板 芯本身就是張應(yīng)力層，位于張應(yīng)力層內(nèi)的硫化鎳發(fā)生相變時體積膨脹也形成張應(yīng)力，這兩種 張應(yīng)力疊加在一起，足以引發(fā)鋼化玻璃的破裂即自爆。進一步實驗表明：對于表面壓應(yīng)力為100MPa的鋼化玻璃，其內(nèi)部的張應(yīng)力為45M

6、Pa左 右。此時張應(yīng)力層中任何直徑大于0.06mm的硫化鎳均可引發(fā)自爆。另外，根據(jù)自爆研究統(tǒng) 計結(jié)果分析，95%以上的自爆是由粒徑分布在0.04mm0.65mm之間的硫化鎳引發(fā)。根據(jù)材 料斷裂力學(xué)計算出硫化鎳引發(fā)自爆的平均粒徑為0.2mm.因此，國內(nèi)外玻璃加工行業(yè)一致認定 硫化鎳是鋼化玻璃自爆的主要原因。鋼化玻璃自爆還有一些其他因素：玻璃開槽及鉆孔的不合理、玻璃原片質(zhì)量較差、厚度 不均如壓花玻璃、應(yīng)力分布不均例如彎鋼化玻璃及區(qū)域鋼化玻璃等。自爆率國內(nèi)的自爆率各生產(chǎn)廠家并不一致，從3%0.3%不等。原行業(yè)標準JGJ113-96版中提到 玻璃備料要多出使用量的3%。一般自爆率是按片數(shù)為單位計算的，

7、沒有考慮單片玻璃的面 積大小和玻璃厚度，所以不夠準確，也無法進行更科學(xué)的相互比較。為統(tǒng)一測算自爆率，必 須確定統(tǒng)一的假設(shè)。定出統(tǒng)一的條件：每58噸玻璃含有一個足以引發(fā)自爆的硫化鎳；每片 鋼化玻璃的面積平均為1.8平米；硫化鎳均勻分布。則計算出6mm厚的鋼化玻璃計算自爆率 為0.34%0.54%，即6mm鋼化玻璃的自爆率約為3%o5%。這與國內(nèi)高水平加工企業(yè)的實 際值基本吻合。實際上，國內(nèi)建筑工程上鋼化玻璃自爆率通常都在8%。3%。之間，所以說鋼化玻璃自爆 率平均為5%。其他組合產(chǎn)品如鋼化夾層、鋼化中空玻璃（按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)中各層鋼化玻璃厚度 總和計）的自爆率數(shù)值（見表1）。也可以此為據(jù)，反推給定面積

8、和結(jié)構(gòu)的組合產(chǎn)品平均自 爆數(shù)量（見表2）?；蛘哂删唧w自爆片數(shù)、單片面積、總數(shù)量而計算自爆率（見表3）。上述計算表明：鋼化玻璃的單片面積越大，自爆可能性越大；玻璃結(jié)構(gòu)越厚，自爆可能 性越大。這也和實際情況吻合。但某些具體情況達到了每27片就有一例自爆，各方不能接受， 所以必須尋求對策，并找出可靠的解決方法。鋼化玻璃自爆解決方案降低鋼化玻璃的應(yīng)力值鋼化玻璃中應(yīng)力的分布是鋼化玻璃的兩個表面為壓應(yīng)力，板芯層處于張應(yīng)力，在玻璃厚 度上應(yīng)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(yīng)力最大處；兩側(cè)接近玻 璃兩表面處是壓應(yīng)力；零應(yīng)力面大約位于厚度的1/3處。通過分析鋼化急冷的物理過程，可知鋼化玻璃表

9、面張力和內(nèi)部的最大張應(yīng)力在數(shù)值上有粗略的比例關(guān)系，即張應(yīng)力是壓應(yīng)力的1/21/3.國內(nèi)廠家一般將鋼化玻璃表面張力設(shè)定在100MPa左右，實際情況可能更高一些。 鋼化玻璃自身的張應(yīng)力約為32MPa46MPa,玻璃的抗張強度是59MPa62MPa,只要硫化 鎳膨脹產(chǎn)生的張力在30MPa,則足以引發(fā)自爆。若降低其表面應(yīng)力，相應(yīng)地會降低鋼化玻璃 本身自有的張應(yīng)力，從而有助于減少自爆的發(fā)生。美國標準ASTMC1048中規(guī)定鋼化玻璃的表面應(yīng)力范圍為大于69MPa；半鋼化（熱增強） 玻璃為24MPa52MPa.幕墻玻璃標準BG17841則規(guī)定為半鋼化應(yīng)力范圍24569MPa,我國 今年3月1日實施的新國家標

10、準GB15763.2-2005建筑用安全玻璃第2部分：鋼化玻璃要 求其表面應(yīng)力不應(yīng)小于90MPa.這比此前老標準中規(guī)定的95MPa降低了 5MPa，有利于減少自 爆。使玻璃的應(yīng)力均勻一致鋼化玻璃的應(yīng)力不均，會明顯增大自爆率，已經(jīng)到了不容忽視的程度。應(yīng)力不均引發(fā)的 自爆有時表現(xiàn)得非常集中，特別是彎鋼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(xù)發(fā)生自爆。其原因主要是局部應(yīng)力不均和張力層在厚度方向的偏移，玻璃 原片自身質(zhì)量也有一定的影響。應(yīng)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(nèi)部的張應(yīng)力，從而自爆率提高了。如果能使鋼化玻璃的應(yīng)力均勻分布，則可有效降低自 爆率。熱

11、浸處理（HST ）熱浸解釋。熱浸處理又稱均質(zhì)處理，俗稱引爆”。熱浸處理是將鋼化玻璃加熱到290C 10C，并保溫一定時間，促使硫化鎳在鋼化玻璃中快速完成晶相轉(zhuǎn)變，讓原本使用后才可 能自爆的鋼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鋼化玻璃自 爆。該方法一般用熱風(fēng)作為加熱的介質(zhì)，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(fù)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(xué)結(jié)構(gòu)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

12、依賴于溫度的高低。研 究表明，280C時的相變速率是250C時的100倍，因此必須確保爐內(nèi)的各塊玻璃經(jīng)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?xí)鹆蚧嚹嫦蛳嘧?，造成更大的隱患。這兩 種情況都會導(dǎo)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， 而三年前多數(shù)國產(chǎn)熱浸爐熱浸保溫時爐內(nèi)的溫差甚至達到60C，國外引進爐存在30C左右的 溫差也不少見。所以有的鋼化玻璃雖經(jīng)熱浸處理，自爆率依然居高不下。新標準將更有效。實際上，熱浸工藝和設(shè)備也一直在不斷地改進中。德國標準DIN18516 在90年版中規(guī)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(tǒng)計性技術(shù)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(shè)計和結(jié)構(gòu)，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(shù)指標，在12萬平米的廣州新機場超大工程中表現(xiàn)極為滿意。盡管熱浸處理不能保證絕對不發(fā)生自爆，但確實降低了自爆的發(fā)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