stringtranslate.com

Закаленное стекло

Разрушенная телефонная будка из закаленного стекла

Закаленное или закаленное стекло — это тип безопасного стекла , обработанного контролируемой термической или химической обработкой для увеличения его прочности по сравнению с обычным стеклом. Закалка приводит к сжатию внешних поверхностей и растяжению внутренних поверхностей . Такие напряжения приводят к тому, что стекло при разбитии разбивается на мелкие зернистые куски, а не на зазубренные осколки, как это происходит с обычным отожженным стеклом . Гранулированные куски с меньшей вероятностью причинят травму.

Закаленное стекло используется из-за его безопасности и прочности в различных областях применения, включая окна пассажирских автомобилей (кроме лобового стекла), душевые двери, аквариумы, двери и столы из архитектурного стекла, поддоны для холодильников, защитные пленки для мобильных телефонов, компоненты из пуленепробиваемого стекла , маски для дайвинга. , а также тарелки и кухонная посуда.

Характеристики

Закаленное стекло заднего стекла автомобиля. Изменения напряжения на стекле хорошо видны, если стекло сфотографировать через поляризационный фильтр (нижний рисунок).

Закаленное стекло примерно в четыре раза прочнее отожженного. [1] [2] Более быстрое сжатие наружного слоя во время производства вызывает сжимающие напряжения на поверхности стекла, уравновешиваемые растягивающими напряжениями в теле стекла. Полностью закаленное стекло толщиной 6 мм должно иметь минимальное поверхностное сжатие 69 МПа (10 000 фунтов на квадратный дюйм) или сжатие по краям не менее 67 МПа (9 700 фунтов на квадратный дюйм). [3] Чтобы стекло считалось безопасным , поверхностное сжимающее напряжение должно превышать 100 мегапаскалей (15 000 фунтов на квадратный дюйм). В результате повышенного поверхностного напряжения при разбивании стекло разбивается на небольшие округлые куски, а не на острые зазубренные осколки.

Сжимающие поверхностные напряжения придают закаленному стеклу повышенную прочность. Отожженное стекло практически не имеет внутренних напряжений и обычно образует на своей поверхности микроскопические трещины. Напряжение, приложенное к стеклу, может вызвать распространение трещины, которая, однажды начавшись, концентрирует напряжение на кончике трещины, вызывая распространение трещины со скоростью звука через стекло. [ нужна цитация ] Следовательно, отожженное стекло хрупкое и разбивается на неровные и острые кусочки. [4] Сжимающие напряжения на поверхности закаленного стекла содержат дефекты, препятствующие их распространению или расширению.

Любая резка или шлифовка должны быть выполнены перед закалкой. Резка, шлифовка и резкие удары после закалки могут привести к разрушению стекла.

Рисунок деформации, возникающий в результате отпуска, можно наблюдать, рассматривая его через оптический поляризатор , например, через поляризационные солнцезащитные очки.

Использование

Маркировка одобрения безопасности на автомобильном вентиляционном окне, сделанная для автомобиля Chrysler компанией PPG .
Полицейский фургон с защитной пленкой на экран

Закаленное стекло используется, когда важными факторами являются прочность, термостойкость и безопасность. К легковым транспортным средствам, например, предъявляются все три требования. Поскольку они хранятся на открытом воздухе, они подвергаются постоянному нагреву и охлаждению, а также резким перепадам температуры в течение года. Кроме того, они должны выдерживать небольшие удары дорожного мусора , например камней, а также дорожно-транспортные происшествия. Поскольку большие острые осколки стекла могут представлять дополнительную и неприемлемую опасность для пассажиров, используется закаленное стекло, поэтому в случае его разбивания осколки остаются тупыми и в основном безвредными. Вместо этого ветровое стекло или лобовое стекло изготовлено из многослойного стекла , которое не разбивается на куски при разбивании, тогда как боковые окна и заднее ветровое стекло исторически изготавливались из закаленного стекла. Некоторые новые роскошные автомобили имеют ламинированные боковые окна в целях соответствия правилам сохранения пассажиров, защиты от кражи или звукоизоляции.

Другие типичные области применения закаленного стекла включают:

Здания и сооружения

Закаленное стекло также используется в зданиях для изготовления конструкций без рамы (например, безрамных стеклянных дверей), конструкций, нагруженных конструкциями, и любых других применений, которые могут стать опасными в случае воздействия человека. Строительные нормы в Соединенных Штатах требуют закаленного или многослойного стекла в нескольких ситуациях, включая некоторые мансардные окна, стекло, установленное возле дверных проемов и лестниц, большие окна, окна, которые выходят близко к уровню пола, раздвижные двери, лифты, панели доступа пожарной части и стекло, установленное вблизи бассейны. [5]

Бытовое использование

Закаленное стекло также используется в быту. Некоторой распространенной бытовой мебелью и бытовой техникой, в которой используется закаленное стекло, являются безрамные душевые двери, стеклянные столешницы, стеклянные полки, шкафное стекло и стекло для каминов.

Общественное питание

«Закаленный по краю» означает, что ограниченная область, например край стакана или тарелки, закалена и популярна в сфере общественного питания. Существуют также полностью закаленные варианты для обеспечения прочности и термостойкости. Некоторые страны устанавливают требования по этому поводу.

Закаленное стекло также все чаще используется в барах и пабах, особенно в Великобритании и Австралии, чтобы предотвратить использование битого стекла в качестве оружия . [6] [7]

Готовим и выпекаем

Некоторые формы закаленного стекла используются для приготовления пищи и выпечки . Производители и бренды включают Glasslock, Pyrex , Corelle и Arc International . Это также тип стекла, используемого для дверец духовки.

Устройства с сенсорным экраном

В большинстве мобильных устройств с сенсорным экраном используется закаленное стекло той или иной формы (например, Gorilla Glass от Corning ), но существуют также отдельные закаленные защитные пленки для устройств с сенсорным экраном, которые продаются в качестве аксессуара. [8]

Производство

Закаленное ламинированное безопасное стекло часто не выпадает из рамы, когда оно разбивается – обычно потому, что на стекло нанесена противоосколочная пленка, как это видно на витрине с мясом в продуктовом магазине.

Закаленное стекло может быть изготовлено из отожженного стекла с помощью процесса термической закалки. Стекло помещают на роликовый стол и пропускают через печь, которая нагревает его значительно выше переходной температуры от 564 °C (1047 °F) до примерно 620 °C (1148 °F). Затем стекло быстро охлаждается принудительной тягой воздуха, в то время как внутренняя часть остается свободной в течение короткого времени.

Альтернативный процесс химической закалки включает сжатие поверхностного слоя стекла толщиной не менее 0,1 мм путем ионного обмена ионов натрия на поверхности стекла с ионами калия (которые на 30% больше), путем погружения стекла в ванну с расплавленный нитрат калия . Химическая закалка приводит к увеличению прочности по сравнению с термической закалкой и может применяться к стеклянным предметам сложной формы. [9]

Недостатки

Закаленное стекло необходимо разрезать по размеру или придать ему форму перед закалкой, и после закалки его нельзя подвергать повторной обработке. Полировка кромок или сверление отверстий в стекле производится до начала процесса закалки. Из-за сбалансированных напряжений в стекле повреждение любой части в конечном итоге приведет к тому, что стекло расколется на кусочки размером с ноготь. Стекло наиболее подвержено разрушению из-за повреждения его края, где растягивающее напряжение является наибольшим, но оно также может разбиться в случае сильного удара в середине стекла или в случае сосредоточенного удара (например, по стеклу ударяют закаленным острием).

Использование закаленного стекла в некоторых ситуациях может представлять угрозу безопасности из-за склонности стекла полностью разбиться при сильном ударе, а не оставлять осколки в оконной раме. [10]

На поверхности закаленного стекла действительно наблюдаются поверхностные волны, вызванные контактом с выравнивающими роликами, если оно было сформировано с использованием этого процесса. Эта волнистость является серьезной проблемой при производстве тонкопленочных солнечных элементов. [11] Процесс флоат -стекла можно использовать для получения листов с низкой деформацией и очень плоскими и параллельными поверхностями в качестве альтернативы для различных применений остекления. [12]

Самопроизвольное разрушение стекла

Самопроизвольное разрушение стекла — это явление, при котором закаленное стекло (или закаленное) может самопроизвольно разбиться без какой-либо видимой причины. Наиболее распространенными причинами являются: [13] [14]

Любая проблема с поломкой имеет более серьезные последствия, если стекло установлено над головой или в общественных местах (например, в высотных зданиях). На закаленное стекло можно наклеить защитную оконную пленку для защиты от его падения. Старомодной мерой предосторожности была установка металлических экранов под мансардными окнами.

История

Франсуа Бартелеми Альфред Ройер де ла Басти (1830–1901) из Парижа, Франция, приписывают первую разработку метода закалки стекла [16] путем закалки почти расплавленного стекла в нагретой ванне с маслом или жиром в 1874 году, метод запатентован в Англии. 12 августа 1874 г., патент № 2783. Закаленное стекло иногда называют стеклом Басти в честь де ла Басти. В 1877 году немец Фридрих Сименс разработал другой процесс, иногда называемый сжатым стеклом или стеклом Сименса, позволяющий производить закаленное стекло, более прочное, чем процесс Басти, путем прессования стекла в холодных формах. [17] Первый патент на весь процесс изготовления закаленного стекла принадлежал химику Рудольфу А. Зейдену , который родился в 1900 году в Австрии и эмигрировал в США в 1935 году. [18]

Хотя в то время основной механизм не был известен, эффект «закалки» стекла был известен на протяжении веков. Примерно в 1660 году принц Руперт Рейнский довел до сведения короля Карла II открытие того, что сейчас известно как « Капли принца Руперта » . Это кусочки стекла каплевидной формы, которые получаются путем падения расплавленной капли стекла в ведро с водой, тем самым быстро охлаждая ее. Они могут выдержать удар молотка по выпуклому концу, не разбиваясь, но капли распадутся со взрывом в порошок, если хвостовой конец будет хотя бы слегка поврежден.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ↑ Форд, Марк (22 января 2001 г.). «Как делают закаленное стекло?». Научный американец . Спрингер Натура Америка, ООО . Проверено 12 июня 2020 г.
  2. ^ Блок, Валери, изд. (2002). Использование стекла в зданиях. Вест-Коншохокен, Пенсильвания: ASTM International. ISBN 978-0-8031-3458-4. Проверено 12 июня 2020 г.
  3. ^ «ASTM C1048-18, Стандартные спецификации для термоупрочненного и полностью закаленного листового стекла» . АСТМ Интернешнл. 2018. дои : 10.1520/C1048-18 . Проверено 12 июня 2020 г. {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |journal=( помощь )
  4. ^ «Закаленное или отожженное стекло | Ханкер» . Ханкер.com . Архивировано из оригинала 14 декабря 2017 г. Проверено 13 декабря 2017 г.
  5. ^ Хагеман, Дж. М.; Бистон, BEP; Хагеман, К. (2008). Руководство подрядчика по Строительным нормам и правилам (6-е изд.). ISBN книжной компании мастера 9781572182028.
  6. ^ Шепард, Дж. (январь 1994 г.). «Насильственные преступления: роль алкоголя и новые подходы к профилактике травматизма». Алкоголь и алкоголизм (Оксфорд, Оксфордшир) . 29 (1): 5–10. ПМИД  8003116.
  7. ^ Шепард, JP; Хаггетт, Р.Х.; Киднер, Дж. (декабрь 1993 г.). «Ударопрочность барных стаканов». Журнал травмы . 35 (6): 936–8. дои : 10.1097/00005373-199312000-00021. ПМИД  8263994 . Проверено 19 сентября 2021 г.
  8. ^ «ПЭТ, ТПУ или закаленное стекло - все, что вам нужно знать, чтобы выбрать защитную пленку» . phonearena.com . Архивировано из оригинала 20 августа 2015 г.
  9. ^ Пфаендер, Хайнц Г. (1996). Руководство Шотта по стеклу (2-е изд.). Лондон: Чепмен и Холл. ISBN 9780412620607.
  10. ^ О'Блок, Роберт Л.; Доннермейер, Джозеф Ф.; Доерен, Стивен Э. (1991). Безопасность и предупреждение преступности . Баттерворт-Хайнеманн. п. 118. Однако безопасная ценность закаленного стекла сомнительна. Хотя он устойчив к кирпичу или камню, он чувствителен к воздействию острых инструментов, таких как ледорубы или отвертки. При таком нападении закаленное стекло имеет тенденцию легко и бесшумно сминаться, не оставляя острых краев.
  11. ^ Валецкий, Войтек Дж.; Сонди, Фанни (2008). Дере, Нилкант Г. (ред.). «Комплексная квантовая эффективность, топография и метрология напряжений для производства солнечных элементов: подход из реального космоса». Надежность фотоэлектрических элементов, модулей, компонентов и систем. Труды SPIE . Надежность фотоэлектрических элементов, модулей, компонентов и систем. Беллингем, Вашингтон: SPIE. 7048 : 704804. Бибкод : 2008SPIE.7048E..04W. дои : 10.1117/12.792934. ISSN  0277-786X. S2CID  96798712 . Проверено 12 июня 2020 г.
  12. ^ "ТЕХНОЛОГИЯ ФЛОАТ-СТЕКЛА" . ajzonca.tripod.com . Архивировано из оригинала 14 декабря 2017 г. Проверено 13 декабря 2017 г.
  13. ^ Американское общество по испытаниям и материалам ( ASTM ) E 2431 - «Практика определения устойчивости отожженного архитектурного плоского стекла с одинарным остеклением к тепловым нагрузкам».
  14. ^ ASTM E1300 - «Стандартная практика проектирования для определения устойчивости стекла к нагрузкам в зданиях».
  15. ↑ Барри, Джон (12 января 2006 г.). «Ахиллесова пята чудесного материала: закаленное стекло». Стекло в сети . Проверено 16 августа 2019 г.
  16. ^ «Стекло». Британская энциклопедия: словарь искусств, наук и общей литературы . 9-е изд. (Американское переиздание). Том. 10. Филадельфия: Шерман и компания, 1894. 595. Печать.
  17. ^ Ульманн, Д. Р. и Крейдл, ред. Нью-Джерси. Стекло. Наука и технологии: эластичность и прочность стекол . Том. 5. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: Академик, 1980. 197. Печать.
  18. ^ Барр, Йохатан. «Справочник по закалке стекла: понимание процесса закалки стекла». Самостоятельная публикация. «Архивная копия» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 2 апреля 2015 г. Проверено 28 февраля 2015 г.{{cite web}}: CS1 maint: archived copy as title (link)по состоянию на 28 февраля 2015 г.