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强化玻璃。原图链接

强化玻璃(Bent Tempered glass),系将平板玻璃加热接近软化点时,在玻璃表面急速冷却,使压缩应力分布在玻璃表面,而引张应力则在中心层。因有强大均等的压缩应力,使外压所产生的引张应力,被玻璃的强大压缩应力所抵销,增加玻璃使用的安全度。[1]

概述

退火玻璃热处理

强化玻璃、淬火玻璃或钢化玻璃是由退火玻璃经过热处理而制成。一般强化玻璃除了强度较高较不易破裂的优点以外,当玻璃破裂后的性质也有安全性的优点,因为强化玻璃产生裂痕时其内部应力不再能够达成平衡,将导致整片玻璃碎裂成许多小颗粒和非常微小的锐利碎片,仅使人体接触后于皮肤上产生浅层割伤,相较未强化的玻璃碎裂后产生大块片状碎片可能造成大范围割伤或是刺入人体深处而言,安全许多。

历史

17世纪,英国鲁伯特王子把熔解的玻璃液滴进水内造成玻璃珠。这种泪滴形的玻璃非常坚硬,就算以槌敲打也不会破碎。但是只要把玻璃滴尾部弄破,它便会突然爆碎成粉末。当时还带到王宫内,用来戏弄人,称为鲁伯特水滴或鲁伯特之泪。

制作过程

退火玻璃先被切割成所需大小,打磨好边缘或钻好洞,然后进行强化处理。玻璃被放在滚筒桌上,推入超过摄氏620度的焗炉,这回火温度可让玻璃变软,然后以空气迅速冷却。玻璃表面被冷却至退火温度以下,快速硬化及收缩;而玻璃内部则在短时间内仍作流动。当玻璃内部收缩,会在表面造成压应力,玻璃内部则成张应力。

强化玻璃比退火玻璃的强度高4至6倍。原因是玻璃表面的轻微裂痕都会被应力所紧压,而内层可能出现裂痕的可能性亦较低。但此优点同时也是强化玻璃之缺点。由于玻璃内的应力需要平衡,所以如果强化玻璃上出现任何损坏或裂痕,整块玻璃就会碎成指甲大小的碎片,所以对玻璃的切割及打磨处理需在强化工序前进行。另外与退火玻璃相比,强化玻璃的硬度较低,较容易被刮花。

用途广泛

强化玻璃在建筑上的用途甚多,很多无框组件如玻璃门及玻璃幕墙等都经常使用强化玻璃;需要负重的玻璃亦会采用强化玻璃,另外大部分 汽车为减低意外时造成的伤害,亦会使用此玻璃。汽车火车舶、建筑、家俱、自动门、电扶梯、壁炉等。规格/厚度:3~19mm。最大强化尺寸:118" × 315" (3000mm × 8000mm)

产品特性

  • 采用水平强化,故没有吊孔。
  • 强化玻璃之强度约为普通玻璃的5倍。
  • 当玻璃被外力破坏时,成为豆粒大的颗粒,减少对人体的伤害。
  • 可耐温度之急速变化,(例5mm强化玻璃,约可耐摄氏200度之温度变化)。
  • 强化玻璃因有瞬间破裂之风险,应再做热浸处理(Heat Soak Test),确保使用上更安全。
  • 一定条件下(如温度骤降)可能会发生自爆,自爆的原因是钢化玻璃中添加的硫化镍发生相变,也有文献指出是单质矽导致的自爆。

自爆现象

自爆玻璃破裂是因为内应力造成,通常会呈现有一个8字型的破裂样子。强化玻璃碎裂时形成的碎片细小及呈圆型,令人受伤的机会较少。故此被视为安全玻璃之一。但是强化玻璃在受到撞击时都会有可能出现突然爆裂,所以强化玻璃不适用于某些场合下使用。玻璃经过强化(在台湾我们说是强化,在大陆的说法是钢化)后在十年之内会有玻璃自爆的风险,自爆率说法不一,有人说千分之一,也有人说千分之八,这与玻璃的材质里所含的硫化镍 ( Nickel Sulfide, NiS) 有关系,还有玻璃的大小也有关系,玻璃越大自然自报率就越高。

预防方式

选择安全的胶合玻璃

强化玻璃是因为经过强化后才产生自爆的,可以选择不强化较厚又安全的胶合玻璃,有些建筑师宁愿选择较厚的玻璃来取代的另一个原因是希望更美观一点,玻璃经过强化后会有应力产生,造成表面弯曲不平,造成表面折射不平坦的弯曲影像,觉得不够美观,所以选择不强化但是安全的胶合玻璃。在澳大利亚美国等先进国家,使用胶合玻璃大多是不强化的,甚至发明胶合玻璃切割机,直接出产原片胶合玻璃,也就是原片玻璃出厂时已经是胶合玻璃了(不必再玻璃加工厂进行高压炉胶合处理),这样的玻璃可以利用特殊的切割机进行再切割,使用起来也方便

选择硬化玻璃

硬化玻璃是指玻璃在热处理时不选择立即冷却,而是在炉里面缓缓冷却(不是淬火而是退火),一般强化玻璃会有3-5倍的强度,但硬化玻璃只有两倍,这样的单片玻璃可以将低自爆率到万分之三到五。硬化玻璃还有一个特色就是硬化玻璃因为表面压缩应力没有强化玻璃那么大,所以破裂时,并不会像强化玻璃那样散状碎块颗粒,而呈现大面积仍然黏著,而非碎裂到无安全强度。

玻璃放入“热浸炉”

要降低自爆率,还有一种方法就是把玻璃放入“热浸炉”这样可以找出这些可能含有硫化镍将来可能会自爆的玻璃,(热浸炉就像是一个大货柜一样,在里面加温到290度四-八个小时再慢慢降温下来,该爆裂的自然会爆裂),这样的费用要贵一些,但只能说大大的降低自爆率,而非完全防止保证。[2]

台制玻璃

台湾玻璃一般来讲要比中国大陆的品质要求要好,自然会降低自爆率,但就算是要求最高品质的美国德国或日本至少也会产生千分之一的自爆率(若是胶合玻璃的话就是两倍了,若是胶合中空玻璃就是三倍了),如果像101大楼使用的玻璃那么多,若发生自爆整栋大楼形象会倍受打击,更换的过程将是非常困难,更换的费用将是天价,为了一片玻璃也需要用到吊车,何况如何找那么高的吊车,这些知识对于要盖大楼的业主非常重要,有经验的建筑师要把这些风险告诉业主。

影片

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参考资料

  1. 强化玻璃台玻集团
  2. 为什么玻璃会自爆?台湾节能膜