经表面加工处理后,材料表层形成的贝尔比层产生很大的残余应力,材料受热不均匀,在各部分
膨胀系数不同,温度发生变化时就会在材料内部产生热应力。材料受载时,
内应力与外应力一起发生作用。如果内应力与外应力相反,就会抵消一部分外应力,从而起到有利的作用,
钢化玻璃正是利用了这一特性。此外,钢化玻璃表面
压应力可使引起玻璃破裂起源的微小
裂缝受到进一步的压缩,也提高了钢化玻璃的
机械强度。
我们知道普通玻璃的表面压应力一般为15~65兆帕;钢化玻璃的表面压应力一般在70~180兆帕;高强防火玻璃的表面压应力比传统工艺生产出来的钢化玻璃高出100~150兆帕左右。这层表面压应力的特点同时具有物理钢化形成的足够应力层厚度和化学钢化形成的高表面应力值,通过工艺控制可以使玻璃表面应力甚至达到400兆帕,使得玻璃强度大大提高。
理论和实验都说明,提高玻璃表面的压应力,也就提高了玻璃的
耐热冲击性能,从而提高了其防火、耐火性能。
4.2 提高压应力的物理处理方法 普通平板玻璃,如
浮法玻璃等是可以增强成为钢化玻璃的。平板玻璃的热钢化过程,是把经切裁、磨边、打孔、清洗等
冷加工的半成品送入
钢化炉中,
加热至钢化温度(650℃一700℃),移至风栅处吹风急冷。冷却过程中玻璃表面迅速冷却固化,而内部冷却较慢。当内部继续
收缩时,使玻璃表面产生残余压应力,而内部为
张应力。 由于火灾的热辐射作用或火焰(高温烟气)直接作用在玻璃表面,造成玻璃表面急剧受热。玻璃
耐热冲击性能的提高,意味着在火灾时更能保证其完整性。因此,钢化玻璃的耐火性能要比普通玻璃好得多,但一般的钢化玻璃还达不到防火玻璃的耐火性能要求。
4.3 提高压应力的化学处理方法 典型平板玻璃的化学成分为:SiO2(70%~74%),Na20(12%~15%),CaO(8%一10%),MgO(1.0%一3.8%),A1203(0.2%一1.8%);K20(0%~0.5%),另外可能还含有少量的Fe和S等。在玻璃表面
喷涂钾盐溶液或铯盐溶液,干燥后在
热处理炉内进行化学钢化。其原理是通过含有高浓度的K+和Cs+,在普通玻璃的表面层置换出玻璃中的Na+,由于K+和Cs+的半径远大于Na+的半径(K、Cs与Na为同一主族原素),将增加在玻璃表面产生的压应力。大量杂质的注入弥散,在高温下可产生弥散相,产生弥散强化,使表面强化。
而后对上述玻璃进行物理钢化,再贴上PET(聚对苯二甲酸乙二酯)低辐射膜,或喷涂
金属膜、
金属氧化物膜,如ITO(氧化铟锡)低辐射膜,就形成高强度,能反射红外线的单片
镀膜防火玻璃。
5 结论
复合防火玻璃虽然已得到了广泛的应用,但单片防火玻璃由于其重量轻、透光性和装饰性好,在高温下能保持透明,便于观察火情和烟气状况,因而应用越来越多。通过对普通玻璃表面的化学和物理双重处理,提高其表面压应力,达到比一般钢化玻璃更高的强度,能经受住较大温差的热冲击,以达到阻挡火焰的目的。
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