Podstawową przyczyną samoistnego wybuchu szkła hartowanego są znajdujące się w nim zanieczyszczenia i defekty, które pękają pod-długotrwałym wpływem naprężenia. Na całym świecie powszechnie uważa się, że współczynnik samo-wybuchu szkła hartowanego wynosi około 0,1% do 0,3%, ale jest to jedynie średnia statystyczna. W przypadku konkretnego kawałka szkła jego ryzyko określa się na podstawie następujących czynników:
Wewnętrzny czynnik decydujący (samo szkło)
Jest to główna przyczyna-samoeksplozji, stanowiąca ponad 98%.
Zanieczyszczenia siarczkiem niklu (NiS).
Jest to najbardziej znany i główny powód. Podczas procesu produkcji tafli szklanych mogą zostać zmieszane bardzo śladowe ilości niklu i siarki, tworząc kryształy siarczku niklu w stanie stopionym-o wysokiej temperaturze.
Zasada „rozszerzenia przejścia fazowego”: Kryształy siarczku niklu występują w dwóch postaciach: w fazie w wysokich temperaturach i w fazie w niskich temperaturach. Proces hartowaniaszkło hartowanejest niezwykle szybki, a -faza NiS jest „zamrażana” wewnątrz szkła. W temperaturze pokojowej faza powoli przechodzi w fazę, a jej objętość zwiększa się o około 2-4%.
Koncentracja naprężeń: Jeśli zanieczyszczenie to znajdzie się w strefie naprężeń rozciągających płytki szklanej (środkowej warstwie szkła hartowanego), ogromne ciśnienie generowane przez zwiększenie objętości zakłóci równowagę naprężeń otaczającego szkła, powodując natychmiastowe rozbicie całego kawałka szkła. Typowy wzór „kropki motyla” po pęknięciu, z zanieczyszczeniami siarczkiem niklu w środku.
Inne zanieczyszczenia i bąbelki
Oprócz siarczku niklu inne twarde zanieczyszczenia w surowcach szklanych, takie jak tlenek glinu i cząstki kwarcu, mogą również powodować koncentrację naprężeń ze względu na ich różne współczynniki rozszerzalności cieplnej w stosunku do osnowy szklanej.
Pęcherzyki lub kamienie (niestopione surowce) w szkle mogą również stać się słabymi punktami podczas procesu hartowania, zwiększając ryzyko samo-eksplozji.
Poziom naprężenia hartowniczego szkła
Im wyższy stopień odpuszczania, tym większa wytrzymałość szkła, ale tym większa jest zgromadzona w nim energia naprężeń.
Jeśli naprężenie jest zbyt duże i nierówne, samo w sobie będzie w stanie niestabilnym. Po uruchomieniu drobnej wady energia zostanie szybko uwolniona, co doprowadzi do samo-eksplozji.
Zewnętrzne czynniki wywołujące (przetwarzanie, instalacja i użytkowanie)
Chociaż czynniki te nie powodują bezpośrednio-samoczynnej eksplozji, mogą znacznie zwiększyć ryzyko samo-eksplozji lub stać się „ostatnią kroplą, która przeleje się przez wielbłąda”.
Czynniki przetwarzania i projektowania
Uszkodzenia krawędzi i narożników: jeśli podczas cięcia, transportu i montażu krawędzie i rogi szkła wykażą odpryski lub pęknięcia, defekty te staną się punktami koncentracji naprężeń, znacznie zmniejszając ogólną wytrzymałość szkła i powodując samo-wybuch.
Wiercenie i szczelinowanie: każde cięcie lub wiercenie szkła zmieni jego rozkład naprężeń, tworząc-obszary wysokiego naprężenia na krawędziach otworów i rowków. W przypadku nieprawidłowego obchodzenia się lub nierozsądnego projektowania ryzyko samo-eksplozji wzrośnie.
Rozmiar i grubość: ogólnie rzecz biorąc, im większe i grubsze szkło, tym bardziej złożony rozkład naprężeń wewnętrznych, tym więcej magazynowanej energii i teoretycznie większe ryzyko samo-wybuchu.
Czynniki instalacyjne
Naprężenia montażowe: Jeśli rama montażowa jest nierówna, poskręcana lub użyte zostaną zbyt twarde podkładki dystansowe, szkło będzie już podczas montażu narażone na dodatkowe naprężenia zginające lub punktowe. Ten rodzaj „montażu wymuszonego” sprawi, że szkło będzie pod dużym obciążeniem przez długi czas.
Niewystarczająca szczelina: Pomiędzy szybą a ramą nie pozostała wystarczająca szczelina dylatacyjna. Kiedy temperatura otoczenia zmienia się i powoduje rozszerzanie się i kurczenie szkła pod wpływem ciepła i zimna, zostanie ono ściśnięte przez ramę, powodując dodatkowe naprężenia.
Wykorzystaj czynniki środowiskowe
Naprężenie termiczne: Różne części szkła są nagrzewane nierównomiernie (na przykład jedna część jest bezpośrednio wystawiona na działanie światła słonecznego, a druga jest zacieniona), nagrzana część rozszerza się, a chłodzona część ogranicza jej rozszerzanie, powodując w ten sposób naprężenie termiczne w szkle. Ten rodzaj stresu, nałożony na stres odpuszczający, może wywołać samo-eksplozję.
Ciśnienie i wibracje wiatru:-długoterminowe narażenie na silne ciśnienie wiatru lub ciągłe wibracje powodowane przez pobliski ruch uliczny i maszyny mogą powodować zmęczenie szkła i zmniejszać jego wytrzymałość.
Nagłe zmiany temperatury: Na przykład podczas mroźnej zimy kawałek szkła ogrzany przez ogrzewanie wewnętrzne nagle napotyka lodowaty deszcz. Intensywny szok termiczny może również spowodować jego pęknięcie.
Jak zmniejszyć ryzyko samo-wybuchu?
Po zrozumieniu przyczyn można podjąć odpowiednie środki zapobiegawcze
Wybierz surowe arkusze szkła wysokiej-jakości: używaj surowych arkuszy szkła-znanych marek o dobrej reputacji. Ich procesy produkcyjne są ściśle kontrolowane, a zawartość zanieczyszczeń jest niższa.
Przeprowadzić obróbkę homogenizującą (test wygrzewania, HST):
Jest to najskuteczniejszy sposób zapobiegania samo-wybuchowi siarczku niklu. Włóż szkło hartowane do pieca homogenizującego, podgrzej je do 290 stopni ± 10 stopni i utrzymuj przez określony czas.
Proces ten będzie symulował środowisko naturalne przez kilka, a nawet dziesięcioleci, powodując przedwczesne pękanie szkła zawierającego niestabilne zanieczyszczenia NiS w kontrolowanych warunkach. Po homogenizacji szybkość samo-wybuchu można zmniejszyć do 0,01–0,03%.
W przypadku-ścian osłonowych wysokich budynków, świetlików, kabin prysznicowych i innych miejsc wymagających bezpieczeństwa zdecydowanie zaleca się stosowanie jednorodnego szkła hartowanego.
Standaryzowane przetwarzanie i montaż: Zapewnij jakość cięcia szkła, szlifowania krawędzi i wiercenia oraz unikaj uszkodzeń narożników i krawędzi. Podczas montażu należy stosować odpowiednie ramy i elementy dystansowe, aby zapewnić równomierny rozkład sił i pozostawić wystarczającą ilość szczelin dylatacyjnych.
Stosowanie ultra-przezroczystego szkła: ultra-przezroczyste szkło ma niską zawartość żelaza, czystsze surowce i bardzo niewiele zanieczyszczeń wewnętrznych (w tym niklu). Szybkość jego samo-wybuchu jest znacznie niższa niż w przypadku zwykłego szkła float.
Streszczenie
Samo-eksplozja szkła hartowanego jest zjawiskiem-mało prawdopodobnym, ale rzeczywiście istniejącym. Jej rdzeń powstaje w wyniku połączonego działania zanieczyszczeń wewnętrznych (zwłaszcza siarczku niklu) i dużych naprężeń zewnętrznych. Wybierając wysokiej-jakość surowców, przeprowadzając proces homogenizacji oraz przeprowadzając standardowe przetwarzanie i instalację, ryzyko można kontrolować na bardzo niskim poziomie.
