钢化玻璃自爆诊断及解决方案2006-4-21 13:20:43页面功能【字体：大中小】【打印】【关闭】钢化玻璃以其优良性能正越来越多地应用在建筑工程、交通工具、生活起居、生产科研 等不同的领域，改变了城市建筑的风格，也为我们的生活和工作带来了许多的便利为保证 钢化玻璃的质量，国家颁布了钢化玻璃的质量标准，并将其列入强制认证的产品，必须取得 3C证书才准予进入市场但钢化玻璃自爆问题始终无法回避为了使人们了解自爆，认识自 爆，更合理地设计和使用钢化玻璃，下面从多方面对自爆进行说明，合理评价自爆，正确对 待自爆，并介绍行之有效的对策和解决方法钢化玻璃自爆诊断自爆及其分类钢化玻璃自爆可以表述为钢化玻璃在无外部直接作用的情况下而自动发生破碎的现象 在钢化加工、贮存、运输、安装、使用等过程中均可发生钢化玻璃自爆自爆按起因不同可 分为两种：一是由玻璃中可见缺陷引起的自爆，例如结石、砂粒、气泡、夹杂物、缺口、划 伤、爆边等；二是由玻璃中硫化镍（NiS）杂质膨胀引起的自爆这是两种不同类型的自爆，应明确分类，区别对待，采用不同方法来应对和处理前者 一般目视可见，检测相对容易，故生产中可控后者则主要由玻璃中微小的硫化镍颗粒体积 膨胀引发，无法目测检验，故不可控。
在实际运作和处理上，前者一般可以在安装前剔除， 后者因无法检验而继续存在，成为使用中的钢化玻璃自爆的主要因素硫化镍类自爆后更换 难度大，处理费用高，同时会伴随较大的质量投诉及经济损失，造成业主的不满甚至更为严 重的其他后果所以，硫化镍引发的自爆是我们讨论的重点钢化玻璃自爆机理钢化玻璃内部的硫化镍膨胀是导致钢化玻璃自爆的主要原因玻璃经钢化处理后，表面 层形成压应力内部板芯层呈张应力，压应力和张应力共同构成一个平衡体玻璃本身是一 种脆性材料，耐压但不耐拉，所以玻璃的大部分破碎是张应力引发的钢化玻璃中硫化镍晶体发生相变时，其体积膨胀，处于玻璃板芯张应力层的硫化镍膨胀 使钢化玻璃内部产生更大的张应力，当张应力超过玻璃自身所能承受的极限时，就会导致钢 化玻璃自爆国外研究证明：玻璃主料石英砂或砂岩带入镍，燃料及辅料带入硫，在1400°C〜 1500°C高温熔窑燃烧熔化形成硫化镍当温度超过1000C时，硫化镍以液滴形式随机分布于 熔融玻璃液中当温度降至797C时，这些小液滴结晶固化，硫化镍处于高温态的a-NiS晶 相（六方晶体）当温度继续降至379C时，发生晶相转变成为低温状态的NiS（三方晶系）， 同时伴随着2.38%的体积膨胀。
这个转变过程的快慢，既取决于硫化镍颗粒中不同组成物（包 括Ni7S6、NiS、NiS1.01）的百分比含量，还取决于其周围温度的高低如果硫化镍相变没 有转换完全，则即使在自然存放及正常使用的温度条件下，这一过程仍然继续，只是速度很低而已当玻璃钢化加热时，玻璃内部板芯温度约620°C，所有的硫化镍都处于高温态的a-NiS 相随后，玻璃进入风栅急冷，玻璃中的硫化镍在379 C发生相变与浮法退火窑不同的是， 钢化急冷时间很短，来不及转变成低温态P-NiS而以高温态硫化镍a相被“冻结”在玻璃中 快速急冷使玻璃得以钢化，形成外压内张的应力统一平衡体在已经钢化了的玻璃中硫化镍 相变低速持续地进行着，体积不断膨胀扩张，对其周围玻璃的作用力随之增大钢化玻璃板 芯本身就是张应力层，位于张应力层内的硫化镍发生相变时体积膨胀也形成张应力，这两种 张应力叠加在一起，足以引发钢化玻璃的破裂即自爆进一步实验表明：对于表面压应力为100MPa的钢化玻璃，其内部的张应力为45MPa左 右此时张应力层中任何直径大于0.06mm的硫化镍均可引发自爆另外，根据自爆研究统 计结果分析，95%以上的自爆是由粒径分布在0.04mm〜0.65mm之间的硫化镍引发。
根据材 料断裂力学计算出硫化镍引发自爆的平均粒径为0.2mm.因此，国内外玻璃加工行业一致认定 硫化镍是钢化玻璃自爆的主要原因钢化玻璃自爆还有一些其他因素：玻璃开槽及钻孔的不合理、玻璃原片质量较差、厚度 不均如压花玻璃、应力分布不均例如弯钢化玻璃及区域钢化玻璃等自爆率国内的自爆率各生产厂家并不一致，从3%〜0.3%不等原行业标准JGJ113-96版中提到 玻璃备料要多出使用量的3%一般自爆率是按片数为单位计算的，没有考虑单片玻璃的面 积大小和玻璃厚度，所以不够准确，也无法进行更科学的相互比较为统一测算自爆率，必 须确定统一的假设定出统一的条件：每5〜8吨玻璃含有一个足以引发自爆的硫化镍；每片 钢化玻璃的面积平均为1.8平米；硫化镍均匀分布则计算出6mm厚的钢化玻璃计算自爆率 为0.34%〜0.54%，即6mm钢化玻璃的自爆率约为3%o〜5%这与国内高水平加工企业的实 际值基本吻合实际上，国内建筑工程上钢化玻璃自爆率通常都在8%之间，所以说钢化玻璃自爆 率平均为5%其他组合产品如钢化夹层、钢化中空玻璃（按产品结构中各层钢化玻璃厚度 总和计）的自爆率数值（见表1）也可以此为据，反推给定面积和结构的组合产品平均自 爆数量（见表2）。
或者由具体自爆片数、单片面积、总数量而计算自爆率（见表3）上述计算表明：钢化玻璃的单片面积越大，自爆可能性越大；玻璃结构越厚，自爆可能 性越大这也和实际情况吻合但某些具体情况达到了每27片就有一例自爆，各方不能接受， 所以必须寻求对策，并找出可靠的解决方法钢化玻璃自爆解决方案降低钢化玻璃的应力值钢化玻璃中应力的分布是钢化玻璃的两个表面为压应力，板芯层处于张应力，在玻璃厚 度上应力分布类似抛物线玻璃厚度的中央是抛物线的顶点，即张应力最大处；两侧接近玻 璃两表面处是压应力；零应力面大约位于厚度的1/3处通过分析钢化急冷的物理过程，可知钢化玻璃表面张力和内部的最大张应力在数值上有粗略的比例关系，即张应力是压应力的1/2〜1/3.国内厂家一般将钢化玻璃表面张力设定在100MPa左右，实际情况可能更高一些 钢化玻璃自身的张应力约为32MPa〜46MPa,玻璃的抗张强度是59MPa〜62MPa,只要硫化 镍膨胀产生的张力在30MPa,则足以引发自爆若降低其表面应力，相应地会降低钢化玻璃 本身自有的张应力，从而有助于减少自爆的发生美国标准ASTMC1048中规定钢化玻璃的表面应力范围为大于69MPa；半钢化（热增强） 玻璃为24MPa〜52MPa.幕墙玻璃标准BG17841则规定为半钢化应力范围24<5<69MPa,我国 今年3月1日实施的新国家标准GB15763.2-2005《建筑用安全玻璃第2部分：钢化玻璃》要 求其表面应力不应小于90MPa.这比此前老标准中规定的95MPa降低了 5MPa，有利于减少自 爆。
使玻璃的应力均匀一致钢化玻璃的应力不均，会明显增大自爆率，已经到了不容忽视的程度应力不均引发的 自爆有时表现得非常集中，特别是弯钢化玻璃的某具体批次的自爆率会达到令人震惊的严重 程度，且可能连续发生自爆其原因主要是局部应力不均和张力层在厚度方向的偏移，玻璃 原片自身质量也有一定的影响应力不均会大幅降低玻璃的强度，在一定程度上相当于提高 了内部的张应力，从而自爆率提高了如果能使钢化玻璃的应力均匀分布，则可有效降低自 爆率热浸处理（HST ）热浸解释热浸处理又称均质处理，俗称'引爆”热浸处理是将钢化玻璃加热到290°C ±10°C，并保温一定时间，促使硫化镍在钢化玻璃中快速完成晶相转变，让原本使用后才可 能自爆的钢化玻璃人为地提前破碎在工厂的热浸炉中，从而减少安装后使用中的钢化玻璃自 爆该方法一般用热风作为加热的介质，国外称作“HeatSoakTest”，简称HST，直译为热浸 处理热浸难点从原理上看，热浸处理既不复杂，也无难度但实际上达到这一工艺指标非 常不易研究显示，玻璃中硫化镍的具体化学结构式有多种，如Ni7S6、NiS、NiS1.01等， 不但各种成分的比例不等，而且可能掺杂其他元素。
其相变快慢高度依赖于温度的高低研 究表明，280C时的相变速率是250C时的100倍，因此必须确保炉内的各块玻璃经历同样的 温度制度否则一方面温度低的玻璃因保温时间不够，硫化镍不能完全相变，减弱了热浸的 功效另一方面，当玻璃温度太高时，甚至会引起硫化镍逆向相变，造成更大的隐患这两 种情况都会导致热浸处理劳而无功甚至适得其反热浸炉工作时温度的均匀性是如此的重要， 而三年前多数国产热浸炉热浸保温时炉内的温差甚至达到60C，国外引进炉存在30C左右的 温差也不少见所以有的钢化玻璃虽经热浸处理，自爆率依然居高不下新标准将更有效实际上，热浸工艺和设备也一直在不断地改进中德国标准DIN18516 在90年版中规定的保温时间为8小时，而prEN14179-1： 2001 （E）标准则将保温时间降到 了2小时新标准下热浸工艺的效果十分显著，并且有明确的统计性技术指标：热浸后可降 到每400吨玻璃一例自爆另一方面，热浸炉也在不断地改进设计和结构，加热均匀性也得 到了明显提高，基本可以满足热浸工艺的要求例如南玻集团热浸处理的玻璃，自爆率达到了欧洲新标准的技术指标，在12万平米的广州新机场超大工程中表现极为满意。
尽管热浸处理不能保证绝对不发生自爆，但确实降低了自爆的发生，实实在在地解决了 困扰工程各方的自爆问题所以热浸是世界上一致认可的彻底解决自爆问题的最有效方法研究钢化玻璃的自爆，是为了寻求更好的解决方法比较不同解决方法的效果和可靠性， 是为了进一步降低自爆率，减小自爆引起的损失综合上述分析比较，结合工程玻璃实际情 况，提出几点建议仅供参考一、 合理设计，避免单块玻璃尺寸超大、结构超厚二、 适当降低钢化玻璃的应力值三、 使用先进的钢化设备，合理操作，减小应力的分布不均四、 重要工程、工程重要部位所使用的钢化玻璃，应进行热浸处理。