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鋼化玻璃的詳細介紹
2015/5/9 14:26:17

1材料簡介


鋼化玻璃

  鋼化玻璃 (Tempered glass/Reinforced glass)

  就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(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??傊?,根據玻璃厚度不同,選擇加熱降溫的時間也不同)。鋼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。已鋼化處理好的鋼化玻璃,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”。[1]

《2013-2018年中國鋼化玻璃市場深度調研與投資前景預測報告》中顯示,玻璃行業的發展與國民經濟的許多行業都存在著聯系,玻璃行業對推動整個國民經濟的發展都起著積極作用。因此國家規劃中也對玻璃產業的發展提出了具體要求。也頒布了各項法律法規來規范玻璃行業的健康發展。在新的形勢下,玻璃工業必須按照科學發展觀的要求,轉變增長方式,有效調整產業結構,才能促進行業健康發展。

2發展歷史


鋼化玻璃

鋼化玻璃的發展最初可以追溯到17世紀中期,有一位叫羅伯特的萊茵國王子,曾經做過了一個有趣的實驗,他把一滴熔融的玻璃液放在冰冷的水里,結果制成了一種極堅硬的玻璃。這種高強度的顆粒狀玻璃就像水滴,拖有長而彎曲的尾巴,稱為“羅伯特王子小?!???墒钱斝×5奈舶褪盏綇澢蹟鄷r,令人奇怪的是整個小粒因此突然劇烈崩潰,甚至成了細粉。上述作法,很像金屬的淬火,而這是玻璃的淬火。這種淬火并沒有使玻璃的成分發生任何變化,所以又叫它是物理淬火(physical tempered),因此鋼化玻璃稱為tempered glass,也叫淬火玻璃。

玻璃鋼化的第一個專利于1874年有法國人獲得,鋼化方法是將玻璃加熱到接近軟化溫度后,立即投入一溫度相對低的液體槽中,使表面應力提高。這種方法即是早期液體鋼化方法。德國的Frederick Siemens于1875年獲得一項專利,美國馬薩諸塞州的Geovge E.Rogens于1876年將鋼化方法應用于玻璃酒杯和燈柱。同年,新澤西州的HughO’heill獲得了一項專利。

20世紀30年代,法國的圣哥該公司和美國的特立普勒克斯公司,以及英國的皮爾金頓公司都開始生產供給汽車作擋風用的大面積平板鋼化玻璃。日本在20世紀30年代也相繼進行了鋼化玻璃工業生產。從此世界開始了大規模生產鋼化玻璃的時代。

1970年以后,英國的Triplex公司用液體介質鋼化厚度為0.75~1.5mm的玻璃獲得成功,結束了物理鋼化不能鋼化薄玻璃的歷史,這是鋼化玻璃技術的一個重大突破。

中國的鋼化玻璃歷史最初始于1955年,有上海耀華玻璃廠開始試制,1958年秦皇島市鋼化玻璃廠試產成功。1965年秦皇島耀華玻璃廠開始生產軍工用鋼化玻璃,20世紀70年代洛陽玻璃廠首家引進了比利時鋼化設備。同期沈陽玻璃廠化學鋼化玻璃投入生產。

20世紀70年代開始鋼化玻璃技術在世界范圍內得到了全面的推廣和普及,鋼化玻璃在汽車、建筑、航空、電子等領域開始使用,尤其在建筑和汽車方面發展最快。

3成分標準


鋼化玻璃

① ;平鋼化玻璃加工規格:

加工厚度:3~19mm

最大尺寸:3300mm×14000 mm

最小尺寸:50 mm×50mm

② ;彎鋼化玻璃加工規格:

加工厚度:3~19mm

最大尺寸:2440 mm×5000mm

最小尺寸:600mm×400mm

最小曲率半徑:300mm

質量:

符合GB15763.2-2005中國國家標準。

4材料種類


按形狀區分

1 ;鋼化玻璃按形狀分為平面鋼化玻璃和曲面鋼化玻璃。

一般平面鋼化玻璃厚度有3.4、4.5、5、5.5、6、7.6.、8、9.2、11、12、15、19mm十二種;曲面鋼化玻璃厚度有3.4、4.5、5.5、7.6、9.2、11、15、19mm八種,具體加工過后的厚度還是要看各廠家的設備和技術。但曲面(即彎鋼化)鋼化玻璃對每種厚度都有個最大的弧度限制。即平常所說的R R為半徑.

2 ;鋼化玻璃按其外觀分為平鋼化和彎鋼化 。

3 ;鋼化玻璃按其平整度分為:優等品,合格品。優等品鋼化玻璃用于汽車擋風玻璃;合格品用于建筑裝飾。

按工藝區分

⒈物理鋼化玻璃又稱為淬火鋼化玻璃。它時將普通平板玻璃在加熱爐中加熱到接近玻璃的軟化溫度(600℃)時,通過自身的形變消除內部應力,然后將玻璃移出加熱爐,再用多頭噴嘴將高壓冷空氣吹向玻璃的兩面,使其迅速且均勻地冷卻至室溫,即可制得鋼化玻璃。這種玻璃處于內部受拉,外部受壓的應力狀態,一旦局部發生破損,便會發生應力釋放,玻璃被破碎成無數小塊,這些小的碎片沒有尖銳棱角,不易傷人。

⒉化學鋼化玻璃是通過改變玻璃的表面的化學組成來提高玻璃的強度,一般是應用離子交換法進行鋼化。其方法是將含有堿金屬離子的硅酸鹽玻璃,浸入到熔融狀態的鋰(Li+)鹽中,使玻璃表層的Na+或K+離子與Li+離子發生交換,表面形成Li+離子交換層,由于Li+的膨脹系數小于Na+、K+離子,從而在冷卻過程中造成外層收縮較小而內層收縮較大,當冷卻到常溫后,玻璃便同樣處于內層受拉,外層受壓的狀態,其效果類似于物理鋼化玻璃。

鋼化度區分

⒈鋼化玻璃:鋼化度=2~4N/cm,玻璃幕墻鋼化玻璃表面應力α≥95Mpa;

⒉半鋼化玻璃:鋼化度=2N/cm,玻璃幕墻半鋼化玻璃表面應力24Mpa≤α≤69Mpa;

⒊超強鋼化玻璃:鋼化度>4N/cm

5材料特點


鋼化玻璃

安全性

當玻璃受外力破壞時,碎片會成類似蜂窩狀的鈍角碎小顆粒,不易對人體造成嚴重的傷害。

高強度

同等厚度的鋼化玻璃抗沖擊強度是普通玻璃的3~5倍,抗彎強度是普通玻璃的3~5倍。

熱穩定

鋼化玻璃具有良好的熱穩定性,能承受的溫差是普通玻璃的3倍,

可承受300℃的溫差變化。

用途:

平鋼化、彎鋼化玻璃屬于安全玻璃。廣泛應用于高層建筑門窗、玻璃幕墻、室內隔斷玻璃、采光頂棚、觀光電梯通道、家具、玻璃護欄等。

6選購方法


一般普通玻璃破碎后鋒利的刀狀尖角很容易割傷小孩或者撞擊者,造成對人身的傷害。玻璃破碎后是變成小顆粒還是刀狀這是鋼化玻璃與普通玻璃最主要區別方式。但在工程檢驗中,動不動采用這種破壞性的檢驗無疑是不現實的。

那么怎么能知道自己買的究竟是不是鋼化玻璃呢?

這還得從鋼化玻璃制造原理來分析,鋼化玻璃是將普通退火玻璃先切割成要求尺寸,然后加熱到接近的軟化點,再進行快速均勻的冷卻而得到。鋼化處理后玻璃表面形成均勻壓應力,而內部則形成張應力,使玻璃的性能得以大幅度提高,抗拉度是后者的3倍以上,抗沖擊力是后者的5倍以上。

也正是這個特點,應力特征成為鑒別真假鋼化玻璃的重要標志,那就是鋼化玻璃可以透過偏振光片在玻璃的邊部看到彩色條紋,而在玻璃的面層觀察,可以看到黑白相間的斑點。偏振光片可以在照相機鏡頭或者眼鏡中找到,觀察時注意光源的調整,這樣更容易觀察。

每塊鋼化玻璃上都有一個3c質量安全認證標志。

7注意事項


鋼化玻璃

⒈包裝

產品應用集裝箱或木箱包裝。每塊玻璃應用塑料袋或紙包裝,玻璃與包裝箱之間用不易引起玻璃劃傷等外觀缺陷的輕軟材料填實。具體要求應符合國家有關標準。

⒉包裝標志

包裝標志應符合國家有關標準的規定,每個包裝箱應標明"朝上、輕搬正放、小心破碎、玻璃厚度、等級、廠名或商標"等字樣。

⒊運輸

產品所用各種類型的運輸車輛、搬運規則等應符合國家有關規定。

運輸時,木箱不得平放或斜放,長度方向應與輸送車輛運動方向相同,應有防雨等措施。

⒋貯存

產品應垂直貯存在干燥的室內。

8優點缺點


  鋼化玻璃的主要優點有兩條:

  第一是強度較之普通玻璃提高數倍,抗彎強度是普通玻璃的3~5倍,抗沖擊強度是普通玻璃5~10倍,提高強度的同時亦提高了安全性。

  第二是使用安全,其承載能力增大改善了易碎性質,即使鋼化玻璃破壞也呈無銳角的小碎片,對人體的傷害極大地降低了. 鋼化玻璃的耐急冷急熱性質較之普通玻璃有2~3倍的提高,一般可承受150LC以上的溫差變化,對防止熱炸裂有明顯的效果。

  鋼化玻璃的缺點:

  1 鋼化后的玻璃不能再進行切割,和加工,只能在鋼化前就對玻璃進行加工至需要的形狀,再進行鋼化處理。

  2 鋼化玻璃強度雖然比普通玻璃強,但是鋼化玻璃在溫差變化大時有自爆(自己破裂)的可能性,而普通玻璃不存在自爆的可能性。

9自爆缺陷


鋼化玻璃在無直接機械外力作用下發生的自動性炸裂叫做鋼化玻璃的自爆,根據行業經驗,普通鋼化玻璃的自爆率在1~3‰左右。自爆是鋼化玻璃固有的特性之一。[2]

擴大產生自爆的原因很多,簡單地歸納以下幾種:

①玻璃質量缺陷的影響

A、玻璃中有結石、雜質,氣泡:玻璃中有雜質是鋼化玻璃的薄弱點,也是應力集中處。特別是結石若處在鋼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。玻璃鋼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相是造成鋼化玻璃自發炸碎的主要原因。

鋼化玻璃破碎

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。如果這些雜物在鋼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、深爆邊等缺陷,易造成應力集中或導致鋼化玻璃自爆。

②鋼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。使鋼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鋼化玻璃形成自爆。

③鋼化程度的影響,實驗證明,當鋼化程度提高到1級/㎝時自爆數達20—25%。由此可見應力越大鋼化程度越高,自爆量也越大。

鋼化玻璃自爆解決方案

⒈降低鋼化玻璃的應力值

鋼化玻璃中應力的分布是鋼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。通過分析鋼化急冷的物理過程,可知鋼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.國內廠家一般將鋼化玻璃表面張力設定在100MPa左右,實際情況可能更高一些。鋼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,相應地會降低鋼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中規定鋼化玻璃的表面應力范圍為大于69MPa;半鋼化(熱增強)玻璃為24MPa~52MPa.幕墻玻璃標準BG17841則規定為半鋼化應力范圍24<;δ≤69MPa.中國實施的新國家標準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

鋼化玻璃的應力不均,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,玻璃原片自身質量也有一定的影響。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。如果能使鋼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”。熱浸處理是將鋼化玻璃加熱到290℃±10℃,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。該方法一般用熱風作為加熱的介質,國外稱作“HeatSoakTest”,簡稱HST,直譯為熱浸處理。

鋼化玻璃

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。所以有的鋼化玻璃雖經熱浸處理,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。

研究鋼化玻璃的自爆,是為了尋求更好的解決方法。比較不同解決方法的效果和可靠性,是為了進一步降低自爆率,減小自爆引起的損失。


10應用范圍


鋼化玻璃

隨著產品的種類及加工技術的不斷更新,現在鋼化玻璃的應用范圍也隨之變的越來越廣泛。通常鋼化玻璃可以應用在以下幾個行業:  

1、建筑,建筑模板,裝飾行業(例:門窗、幕墻、室內裝修等)


2、家具制造行業(玻璃茶幾、家具配套等)


3、家電制造行業(電視機、烤箱、空調、冰箱等產品)


4、電子、儀表行業(手機、MP3、MP4、鐘表等多種數碼產品)


5、汽車制造行業(汽車風擋玻璃等)


6、日用制品行業(玻璃菜板等)


7、特種行業(軍工用玻璃)


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