弯钢化玻璃炸裂因素的探讨

发布时间: 浏览:292来源:北航玻璃

弯钢化玻璃炸裂因素的探讨

弯钢化玻璃具有较高的机械强度和安全性,因而在汽车、装饰装修等行业中的用处越来越大。由于炸裂现象是影响弯钢化玻璃成品率的主要因素之一,这使得弯钢化玻璃的成本大大提高。目前,对玻璃炸裂现象的研究较少。为了降低弯钢化玻璃的生产成本,使其获得更广泛的应用,下面探讨了影响弯钢化玻璃成品率的一些主要因素。


1、 玻璃结构的影响

在生产实践中,常会遇到这样一个问题:用不同时间购进厂的、设计成分相同的玻璃生产同一品种的弯钢化玻璃产品,在弯钢化工艺参数完全相同的情况下,生产中的炸裂现象不完全相同,某一批玻璃可能容易成型,而另一批则可能频频炸裂。这一现象的出现与玻璃的结构有密切关系。

根据玻璃结构的无规则网络学说,一个氧离子最多同两个形成网络的正离(M)-B 、 Si 等相连,正离子的配位数是3-4。正离子在氧多面体-三角体(MO3)或四面体(MO4)的中央。这些氧多面体通过顶角上的公共氧依不规则方向接近,但不能以氧多面体的边或角相连。共氧将两个网络形成离子互连,形成“氧桥,通过“氧桥”搭成向三度空间发展的无规则连续网络。如果玻璃中含有R+(碱金属Na+、K+等)和R+(碱土金属Ca2+、Mg2+等)网络改变了其中的氧化物, 同时也引入了一定数量的氧离子,R+、R2+位于被切断的桥氧离子附近的网络外间隙中。

其中SiO2能形成四面体配位,成为网络基本结构单元,属于网络形成剂:Na2O 、K2O、CaO 、 MgO 等,本身不能构成网络、形成玻璃,只能作为网络改变剂;AI2o3等配位数有4或6, 有时候可在一定程度上以 [AIO4]进入网络,和 [SiO4]一起形成骨架,有时只能处于网络之外,成为网络改变剂,称为中间剂。

组分对玻璃结构的影响是很大的。令Y=氧多面体的平均桥氧数,Y 值越大,网络连接越紧密,玻璃强度越大;  Y 值越小,网络连接越疏松,离子在网络孔穴中越易移动,玻璃强度越低。例如,纯石英玻璃中所有氧离子都是桥氧,四面体的所有顶角都是共有的,玻璃网络强度达最大值;玻璃中若有R+、R2+离子,会破坏Si-O含量网络,断裂氧桥,从而出现非桥氧离子,使网络强度大大降低,R+、R2+离子含量越大,网络破坏越甚,网络强度越低。从结构观点看,Ai3+和Si4+可以互相替代。AI2o3少量存在时,大概都以 [AIO4]进入网络和 [SiO4]一起形成骨架,这里Na2O:AI2o3必须≥1。当Na2O : AI2o3≤1时,AI3+保留为高配位,AIO6 就没有网络形成剂性质,而成为网络改变剂。

某厂生产弯钢化玻璃产品所用的原板琅璃设计成分见表1。

表 1 玻璃试样的化学成分


该厂生产弯钢化玻璃产品所用的原板玻璃设计成分虽然是不变的,但生产原板玻璃的原料因来自矿山的不同部位,成分可能不同,生产时工人配料可能不准,玻璃料在熔窑中可能会熔制不均匀,结果生产出的原板玻璃组分可能会有差异,强度会有不同。这样,在生产弯钢化玻璃产品时,即使在相同的弯钢化工艺参数下,强度高的一批玻璃可能容易成型,而强度低的一批则可能频频炸裂。

玻璃强度还与玻璃表面的Griffth裂纹有关。玻璃中的Ai3+ 、Na+等离子越多,则内部空位越多,缺陷越多,越易在表面产生微裂纹。微裂纹多的玻璃,其强度就低,越易炸裂。 

2、 结石的影响

结石,俗称石头、砂子、节子,是存在于玻璃制品中的晶体质夹杂物,它对玻璃质量的影响很严重,不仅影响外观,同时也是弯钢化玻璃产品出现炸裂的主要因素。

结石的形状、大小、性质各异,它对弯钢化玻璃产品出现炸裂的影响也不相同。由于结石与玻璃体的膨胀系数不同,在结石周围存在明显的应力集中,而钢化后,应力集中效应成倍增加。一般来说,玻璃体的膨胀系数与结石的膨胀系数差值越大,越易炸裂。结石在玻璃中的位置不同,引起炸裂的几率不同。结石在表面或接近表面层,玻璃炸裂的几率几乎为0, 而结石处于玻璃中间层,玻璃炸裂的几率几乎为100%。这是由于钢化玻璃内部存在着较大的永久应力,表面层是压应力层,中间层是张应力层。玻璃的抗张强度远远小于抗压强度,所以存在于张应力层的结石,极易引起炸裂。试验还表明,存在于张应力层的结石,即使直径小于0.1mm,也会引起炸裂,而位于压应力层的结石,即使直径大于1.1mm ,也不易引起炸裂。 

3、 弯钢化工艺的影响

弯钢化工艺参数主要有:玻璃加热炉温、压弯时间、冷却情况等,这些参数密切相关。 

3 . 1 加热情况的影响

玻璃钢化时,必须将其均匀加热,否则就会造成玻璃各部位受热不均匀,产生温差,从而使得各部分应力分布不匀,玻璃炸裂的可能变大。加热温度不能过高,否则玻璃软化现象亚重,发生粘滞流动而变形,竖向被拉长,横句被收缩,使得玻璃各部分厚度不同,较薄部位易炸裂,这种情况多发生在冷却后期,且碎片形状较小;加热温度也不能过低,否则玻璃未加热到可塑状态,也会导致玻璃炸裂,这种情况多发生在开始冷却的最初的几十秒钟内,且碎片的形状较大。

玻璃的厚度不同,钢化时加热温度也有差异。玻璃的厚度尺寸越大,玻璃表面和中部的温差也越大,此时所产生的引起炸裂的应力也越大。因此,一般说来,在生产弯钢化玻璃时,12mm以上  的玻璃,其钢化温度应该比3mm~10mm玻璃的钢化温度低20℃~30℃。 

3.2 压弯时间的影响

玻璃从炉中出来要损失热量。玻璃温度在680℃左右,室温在15℃左右时”玻璃温度约以30℃/S左右的速度下降。如果压弯时间过长,热量损失过多,玻璃表面将变硬,压弯时,玻璃的凸面受拉伸而崩碎。另外,出炉玻璃被压弯时,玻璃的凹面与阳模紧贴。阳模是实心结构,外面覆盖着石棉纸,它与玻璃的热交换形式主要是热传导。石棉是较好的保温材料,所以玻璃的凹面通过热交换散失的热量较少。玻璃的另一面即凸面,与阴模的框架接触,绝大部分表面暴露于空气中,与空气进行对流换热,所以玻璃凸面的热量损失较多。如果压弯时间过长,玻璃两侧温度相差较大,应力分布严重不对称,极易引起玻璃的炸裂。所以要控制好压弯时间,一般3mm~10mm玻璃的压弯时间控制在2s~3s,12mm以上玻璃的压弯时间控制在3s~4s。 

3.3 冷却情况的影响

实际生产中,一般将冷却风栅吹风时的风压调成相同,由于弯玻璃两侧的温度是不同的,如前所述,玻璃凸面的热量损失大于凹面,这样,不对称冷却必然会造成玻璃钢化不匀,应力分布严重不对称,张应力层移到表面层,使钢化玻璃内在质量下降,炸裂可能增加。另外,生产中经常出现冷却风栅运动不同步、风栅的某些风嘴被堵塞、玻璃超出风栅有效吹冈区域、玻璃在风栅中没有位于中间位置,偏于某一侧或某边,这些也会导致玻璃钢化不坟匀,使弯钢化玻璃的炸裂危险性加大。 

4、 结语

由于玻璃是脆性材料,内部存在着结构缺陷和工艺缺陷,当有以下几种情况存在时,内部微裂纹扩展加速,极易引起炸裂:

(1)永久张应力局部集中;

(2)永久应力分布严重不对称,张应力接近表面层;

(3)钢化不均匀,即玻璃各处应力有显著差异;

(4)结石存在于张应力层时。

了解了影响弯钢化玻璃成品率的主要因素后,在生产弯钢化玻璃时要注意选用优质的原板玻璃,特别是应注意玻璃中结石的位置,若结石处于张应力层,则不能使用;加强玻璃进加热炉前的工序质量管理,从毛坯切割、磨边、钻孔、洗涤,各个工序的操作人员必须严格把关,将有裂口、结石、爆边的玻璃在进加热炉之前挑出;严格弯钢化工艺制度,要控制加热温度、加热时间、压弯时间、冷却风压等,使玻璃得到均匀加热、均匀钢化冷却,生产出质优价廉的弯钢化玻璃,使弯钢化玻璃制品在更多的领域获得应用。

猜你喜欢

市场上最透明的自洁玻璃

建筑的不断发展和设计师无限的想象力,给玻璃制造商带来了新的挑战。玻璃外墙和屋顶也越来越多地应用于住宅领域。为了满足所有的期望和为用户提供最大的舒适度,圣戈班公司(浮法玻璃和建筑[详细]

钢化玻璃碎片试验及碎片检验标准解析

钢化玻璃碎片试验及碎片检验标准解析按GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第二部分:钢化玻璃》6.6、碎片状态试验执行(1)在试样的长边中心线上距离周边20mm左右的位置[详细]

为什么钢化玻璃不能裁切

钢化玻璃的制造方法和普通玻璃不同,它是特普通玻璃在600一700度的高温下经过处理,又迅速均匀冷机象钢铁淬火一样,玻璃表面形成均匀致密的压缩民就象给玻璃穿上了一层看不见的钢甲,[详细]

干燥剂用于中空玻璃的知识科普

超低的包装含水,能保证干燥剂具有较强的吸水性能。超强的深度吸附能力,能保证玻璃夹层内的水份被充分吸收,避免结露,充分保证中空玻璃的保温隔热性能。超低的落粉度,保证中空玻璃的美观[详细]