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      彎鋼化玻璃工藝分析及炸裂因素的探討

      來源:建筑玻璃與工業玻璃  作者:*  日期:2014-8-7
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        彎鋼化玻璃具有較高的機械強度和安全性,因而在汽車、裝飾裝修等行業中的用處越來越大。

        彎鋼化玻璃具有較高的機械強度(詞條“機械強度”由行業大百科提供)和安全性,因而在汽車、裝飾裝修等行業中的用處越來越大。由于炸裂現象是影響彎鋼化玻璃成品率的主要因素之一,這使得彎鋼化玻璃的成本大大提高。目前,對玻璃炸裂現象的研究較少。為了降低彎鋼化玻璃的生產成本,使其獲得更廣泛的應用,下面探討了影響彎鋼化玻璃成品率的一些主要因素。

        1 玻璃結構的影響

        在生產實踐中,常會遇到這樣一個問題:用不同時間購進廠的、設計成分相同的玻璃生產同一品種的彎鋼化玻璃產品,在彎鋼化工藝參數完全相同的情況下,生產中的炸裂現象不完全相同,某一批玻璃可能容易成型,而另一批則可能頻頻炸裂。這一現象的出現與玻璃的結構有密切關系。

      根據玻璃結構的無規則網絡學說,一個氧離子最多同兩個形成網絡的正離(M)-B、Si等相連,正離子的配位數是3-4。正離子在氧多面體-三角體(MO3)或四面體(MO4)的中央。這些氧多面體通過頂角上的公共氧依不規則方向接連,但不能以氧多面體的邊或角相連。公共氧將兩個網絡形成離子互連,形成“氧橋”,通過“氧橋”搭成向三度空間發展的無規則連續網絡。如果玻璃中含有R +(堿金屬Na+、K+ 等)和R++(堿土金屬Ca++、Mg++ 等)的網絡改變了其中的氧化物,同時也引入了一定數量的氧離子,這時斷裂網絡中的橋氧被切斷而出現非橋氧,R+、R++ 位于被切斷的橋氧離子附近的網絡外間隙中。其中SiO2能形成四面體配位,成為網絡基本結構單元,屬于網絡形成劑;Na2O、K2O、CaO、MgO 等,本身不能構成網絡、形成玻璃,只能作為網絡改變劑;Al2O3 等配位數有4或6,有時候可在一定程度上以[AlO4]進入網絡,和[SiO4]一起形成骨架,有時只能處于網絡之外,成為網絡改變劑,稱為中間劑。

        其中SiO2能形成四面體配位,成為網絡基本結構單元,屬于網絡形成劑;Na2O、K2O、CaO、MgO 等,本身不能構成網絡、形成玻璃,只能作為網絡改變劑;Al2O3等配位數有4或6,有時候可在一定程度上以[AlO4]進入網絡,和[SiO4]一起形成骨架,有時只能處于網絡之外,成為網絡改變劑,稱為中間劑。

        組分對玻璃結構的影響是很大的。令Y=氧多面體的平均橋氧數,Y值越大,網絡連接越緊密,玻璃強度越大;Y值越小,網絡連接越疏松,離子在網絡孔穴中越易移動,玻璃強度越低。例如,純石英玻璃中所有氧離子都是橋氧,四面體的所有頂角都是共有的,玻璃網絡強度達最大值;玻璃中若有R+、R++ 離子,會破壞Si-O網絡,斷裂氧橋,從而出現非橋氧離子,使網絡強度大大降低,R+、R++ 離子含量越大,網絡破壞越甚,網絡強度越低。從結構觀點看,Ai3+ 和Si4+可以互相替代。當Al2O3 少量存在時,大概都以[AlO4]進入網絡和[SiO4]一起形成骨架,這里Na2O:Al2O3 必須≥1。當Na2O:Al2O3≤1 時,部分Al3+保留為高配位,AlO6就沒有網絡形成劑性質,而成為網絡改變劑。

        某廠生產彎鋼化玻璃產品所用的原板玻璃設計成分見表1。

        該廠生產彎鋼化玻璃產品所用的原板玻璃設計成分雖然是不變的,但生產原板玻璃的原料因來自礦山的不同部位,成分可能不同,生產時工人配料可能不準,玻璃料在熔窯中可能會熔制不均勻,結果生產出的原板玻璃組分可能會有差異,強度會有不同。這樣,在生產彎鋼化玻璃產品時,即使在相同的彎鋼化工藝參數下,強度高的一批玻璃可能容易成型,而強度低的一批則可能頻頻炸裂。

        玻璃強度還與玻璃表面的Griffth裂紋有關。玻璃中的Al3+、Na+ 等離子越多,則內部空位越多,缺陷越多,越易在表面產生微裂紋。微裂紋多的玻璃,其強度就低,越易炸裂。

        2 結石的影響

        結石,俗稱石頭、砂子、節子,是存在于玻璃制品中的晶體質夾雜物,它對玻璃質量的影響很嚴重,不僅影響外觀,同時也是彎鋼化玻璃產品出現炸裂的主要因素。

        結石的形狀、大小、性質各異,它對彎鋼化玻璃產品出現炸裂的影響也不相同。由于結石與玻璃體的膨脹系數不同,在結石周圍存在明顯的應力集中,而鋼化后,應力集中效應成倍增加。一般來說,玻璃體的膨脹系數與結石的膨脹系數差值越大,越易炸裂。結石在玻璃中的位置不同,引起炸裂的幾率不同。結石在表面或接近表面層,玻璃炸裂的幾率幾乎為0,而結石處于玻璃中間層,玻璃炸裂的幾率幾乎為100% 。這是由于鋼化玻璃內部存在著較大的永久應力,表面層是壓應力層,中間層是張應力層。玻璃的抗張強度遠遠小于抗壓強度,所以存在于張應力層的結石,極易引起炸裂。試驗還表明,存在于張應力層的結石,即使直徑小于0.1mm,也會引起炸裂,而位于壓應力層的結石,即使直徑大于1.1mm,也不易引起炸裂。

        3 彎鋼化工藝的影響

        彎鋼化工藝參數主要有:玻璃加熱爐溫、壓彎時間、冷卻情況等,這些參數密切相關。

        3.1 加熱情況的影響

        玻璃鋼化時,必須將其均勻加熱,否則就會造成玻璃各部位受熱不均勻,產生溫差,從而使得各部分應力分布不勻,玻璃炸裂的可能變大。加熱溫度不能過高,否則玻璃軟化現象嚴重,發生粘滯流動而變形,豎向被拉長,橫向被收縮,使得玻璃各部分厚度不同,較薄部位易炸裂,這種情況多發生在冷卻后期,且碎片形狀較小;加熱溫度也不能過低,否則玻璃未加熱到可塑狀態,也會導致玻璃炸裂,這種情況多發生在開始冷卻的最初的幾十秒鐘內,且碎片的形狀較大。

        玻璃的厚度不同,鋼化時加熱溫度也有差異。玻璃的厚度尺寸越大,玻璃表面和中部的溫差也越大,此時所產生的引起炸裂的應力也越大。因此,一般說來,在生產彎鋼化玻璃時,12mm以上的玻璃,其鋼化溫度應該比3mm~l0mm玻璃的鋼化溫度低20℃~30℃。

        3.2 壓彎時間的影響

        玻璃從爐中出來要損失熱量。玻璃溫度在680℃左右,室溫在15℃左右時"玻璃溫度約以30℃/s 左右的速度下降。如果壓彎時間過長,熱量損失過多,玻璃表面將變硬,壓彎時,玻璃的凸面受拉伸而崩碎。另外,出爐玻璃被壓彎時,玻璃的凹面與陽模緊貼。陽模是實心結構,外面覆蓋著石棉紙,它與玻璃的熱交換形式主要是熱傳導。石棉是較好的保溫材料,所以玻璃的凹面通過熱交換散失的熱量較少。玻璃的另一面即凸面,與陰模的框架接觸,絕大部分表面暴露于空氣中,與空氣進行對流換熱,所以玻璃凸面的熱量損失較多。如果壓彎時間過長,玻璃兩側溫度相差較大,應力分布嚴重不對稱,極易引起玻璃的炸裂。所以要控制好壓彎時間,一般3mm~l0mm玻璃的壓彎時間控制在2s~3s,12mm以上玻璃的壓彎時間控制在3s~4s。

        3.3 冷卻情況的影響

        實際生產中,一般將冷卻風柵吹風時的風壓調成相同,由于彎玻璃兩側的溫度是不同的,如前所述,玻璃凸面的熱量損失大于凹面,這樣,不對稱冷卻必然會造成玻璃鋼化不勻,應力分布嚴重不對稱,張應力層移到表面層,使鋼化玻璃內在質量下降,炸裂可能增加。另外,生產中經常出現冷卻風柵運動不同步、風柵的某些風嘴被堵塞、玻璃超出風柵有效吹風區域、玻璃在風柵中沒有位于中間位置,偏于某一側或某邊,這些也會導致玻璃鋼化不均勻,使彎鋼化玻璃的炸裂危險性加大。

        4 結語

        由于玻璃是脆性材料,內部存在著結構缺陷和工藝缺陷,當有以下幾種情況存在時,內部微裂紋擴展加速,極易引起炸裂:(1)永久張應力局部集中;(2)永久應力分布嚴重不對稱,張應力接近表面層;(3)鋼化不均勻,即玻璃各處應力有顯著差異;(4)結石存在于張應力層時。

        了解了影響彎鋼化玻璃成品率的主要因素后,在生產彎鋼化玻璃時要注意選用優質的原板玻璃,特別是應注意玻璃中結石的位置,若結石處于張應力層,則不能使用;加強玻璃進加熱爐前的工序質量管理,從毛坯切割、磨邊、鉆孔、洗滌,各個工序的操作人員必須嚴格把關,將有裂口、結石、爆邊的玻璃在進加熱爐之前挑出;嚴格彎鋼化工藝制度,要控制加熱溫度、加熱時間、壓彎時間、冷卻風壓等,使玻璃得到均勻加熱、均勻鋼化冷卻,生產出質優價廉的彎鋼化玻璃,使彎鋼化玻璃制品在更多的領域獲得應用!就辍

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      原文地址:http://www.52mqw.com/info/2014-8-7/37508-1.htm
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