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    平板玻璃表面應力的測定技術

    • 文章來源:未知
    • 日期:2020-04-16
    • 瀏覽次數:256
    平板玻璃一般以表面壓應力大小的不同分為鋼化玻璃、半鋼化玻璃及退火玻璃。根據美國ASTMC1048-1997b標準規定,各種玻璃的表面壓應力范圍為:鋼化玻璃>69MPa(10,000psi),半鋼化玻璃為:24MPa(3500psi)~51MPa(7500psi)。我國新近出臺的>國家標準也對應力作了明確要求,半鋼化玻璃為24-69MPa,鋼化玻璃為95MPa以上。
     
      長期以來,國內廠家由于長期缺乏檢測手段期對國際技術的了解,僅依賴大量的抗沖擊試驗及碎片試驗來確定鋼化生產工藝參數及對玻璃質量的控制。不僅成本高昂,而且費時費力,反饋慢,可操作性極差,檢驗工作往往流于形式,無法真正將批量產品質量置于有效控制之下。對于半鋼化玻璃而言,抗沖擊及碎片試驗無任何作用。以低成本快速方便地實現全面的質量控制,必須采用應力檢測方法來穩定生產及產品質量。
     
      表面應力無損檢測技術有利于穩定鋼化玻璃的生產及質量,更重要的是為檢驗半鋼化玻璃質量提供了切實可行的測試手段。
     
      1、玻璃應力檢測原理
     
      玻璃經熱處理冷卻后,表面通常形成一定的壓力,其方向平行于玻璃表面。因玻璃表面壓應力與內部張應力相互平衡、及應力的各向同性,用垂直玻璃平面的透射光是無法測應力的。
     
      當偏振光通過有應力的玻璃時,形成二束相互垂直且傳播速度不同的光束,此現象即通常所稱的“雙折射”,雙折射率為:Dn=na-nb,Dn與玻璃中的應力s成正比,即Dn=C*s。假設光線在玻璃中的傳播距離為t,則兩光束的光程差R=Dn*t,即應力可由如下公式算出:
     
      s=Dn/C或s=R/t*c
     
      其中C稱為應力光學常數,對于浮法玻璃,C=2。65。
     
      目前測定表面應力的方法可歸納為二種:微分表面折射法,和表面掠角偏光法
     
      2、ORIHARA折原表面應力儀
     
      此種儀器由日本ORIHARA折原,中國建材院也研制成功了類似的儀器。ORIHARA折原表面應力儀一般由光源、棱鏡、濾鏡、望遠物鏡、測微目鏡等部分組成。
     
      DSR的工作原理見圖二。當一定入射角的光線到達玻璃與棱鏡的交界面時,由于雙折射率的不同,光束會分成以不同臨界角a,b反射返回棱鏡的兩路光束,通過用測微目鏡測定兩光束之間的距離,即可得到Dn數據并依據公式s=Dn/C算出應力s值。
     
      如果應力s=100MPa,浮法玻璃的C=2。65′10-12m2/N,則依據公式Dn=C*s=0。000265。此數據極小,很難精確測定,因此DSR表面應力儀精度不高,只能用于測定高應力玻璃,不能用于半鋼化玻璃。ORIHARA折原公司在其儀器操作手冊中明確表示:“此儀器無意、也不能夠用于測定應力值小于10,000psi(69MPa)的玻璃產品。”即此類儀器做的再好,也不能用于半鋼化玻璃。
     
      ORIHARA折原工作原理圖。入射偏振光束進入玻璃表面薄層,平行玻璃表面運行一段距離t后離開玻璃,由于玻璃表面壓應力作用,光束產生雙折射現象,其光程差可借助石英楔精確測出。石英楔可制成多種精度等級,因此無論應力大小如何,ORIHARA折原均可精確地予以測定。
     
      3、儀器校驗方法
     
      ORIHARA折原提供了一種校驗表面應力儀的方法,采用機械機構在玻璃條上施加恒定的機械應力,將計算得到的機械應力數值與儀器測定數據進行比較,就能得到校驗結果。
     
      將寬為W,厚度等于t的玻璃條兩端簡支并在離兩端L。距離的位置上施加F力,則玻璃中間段表面應力S=F′6L0/wt2。
     
      此種方法的校驗精確度主要取決于裝置各部分的幾何尺寸。L0數值誤差必須小于1%,這樣才能獲得1%精度的校驗結果。玻璃斷面形狀也是非常重要的,斷面為10mm′75mm的玻璃作2mm′45°磨邊,則會減少斷面模量約1%,實際應力比計算結果將同樣增加1%左右。
     
      4、應用
     
     ?。?)鋼化玻璃
     
      傳統檢驗鋼化玻璃的方法是沖擊試驗,GB9963及GB9656規定在50mm′50mm范圍內的碎片數須大于40粒。試驗表明,在鋼化玻璃應力范圍內,表面應力值與碎片數存在著較好的對應關系,根據Jacobs給出的圖表,40粒碎片數對應的表面應力值約為82MPa。
     
      (2)熱增強玻璃
     
      熱增強玻璃在我國常被稱為“半鋼化玻璃”。國外在建筑上應用非常普遍,有較好的抗風壓能力。此種玻璃受自然災害破壞后傾向于留在窗框內不掉落,同時又可確保不會自爆。
     
      需要指出,熱增強玻璃與鋼化玻璃是二種不同類型的玻璃,不能因為俗稱“半鋼化玻璃”而簡單地認為它是一種性能劣于鋼化玻璃的玻璃。一般說來,鋼化玻璃適用于人體能接觸到的部位及低層建筑。由于普通鋼化玻璃的自爆特性是難以完全避免的(玻璃中的硫化鎳雜質引起自爆),大量應用中必定有一些在使用過程中自爆,碎片落下易傷人,因此高層建筑上應盡量避免使用熱增強玻璃。如因其它原因必須使用鋼化玻璃,則應選用經老化處理的鋼化玻璃。
     
      因碎片狀態類似于退火玻璃,半鋼化玻璃只能采用應力測定的方法檢驗其質量。需要注意的是:ASTM規定熱增強玻璃的應力范圍是24-51Mpa,鋼化玻璃的應力須大于69MPa。應力為51-69MPa范圍內的玻璃是廢品,它既不能用作鋼化玻璃,也不能作為熱增強玻璃使用。
     
      (3)鋼化安全玻璃
     
      大量經驗表明,當鋼化玻璃用于安全玻璃用途時,其表面應力值通常大于103MPa。常見的例子是汽車玻璃,如應力小于103MPa,雖然碎片數仍能滿足有關標準要求,但玻璃強度略嫌不夠。在安裝及使用過程中,由于應力不足以確保玻璃邊部不受損傷,常常發生玻璃碎裂的情況。
     
     ?。?)熱彎玻璃
     
      熱彎玻璃是一種退火玻璃,要求玻璃內應力盡可能小,確保玻璃不會因過大的不均勻應力而破裂。典型的用途是魚缸玻璃,在彎曲部分應力較集中,測定到的表面應力一般在15MPa左右,易導致玻璃碎裂。通過檢測應力值并有針對性地調整玻璃冷卻模式,最終可將局部應力降至7MPa以下,基本解決彎角破裂問題。
     

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