Perché il vetro temperato esplode in modo casuale?

L'esplosione automatica del vetro temperato senza forza meccanica esterna diretta è chiamata autoesplosione del vetro temperato. Secondo l'esperienza del settore, il tasso di autoesplosione del normale vetro temperato è di circa 1~3‰. L'autoesplosione è una delle caratteristiche intrinseche del vetro temperato.
Ci sono molte ragioni per l’autoesplosione dovuta all’espansione, che possono essere brevemente riassunte come segue:
①L'impatto dei difetti di qualità del vetro
R. Nel vetro sono presenti sassi, impurità e bolle: Le impurità nel vetro sono i punti deboli del vetro temperato e sono anche i luoghi in cui si concentra lo stress. Soprattutto se la pietra si trova nella zona di tensione del vetro temperato, questo è un fattore importante che porta all'esplosione.
Le pietre si trovano nel vetro e hanno un coefficiente di dilatazione diverso rispetto al corpo vitreo. La concentrazione dello stress nell'area della fessura attorno alla pietra aumenta esponenzialmente dopo la tempera del vetro. Quando il coefficiente di dilatazione della pietra è inferiore a quello del vetro, la tensione tangenziale attorno alla pietra è in tensione. La propagazione delle crepe che accompagna le pietre può verificarsi facilmente.
B. Il vetro contiene cristalli di solfuro di nichel
Le inclusioni di solfuro di nichel si presentano generalmente sotto forma di piccole sfere cristallizzate con un diametro di 0,1-2mm. L'aspetto è metallico e queste inclusioni sono NI3S2, NI7S6 e NI-XS, dove X=0-0.07. Solo la fase NI1-XS è la ragione principale dell'esplosione spontanea del vetro temperato.
È noto che il NIS teorico è 379. Esiste un processo di transizione di fase in C, dal sistema cristallino esagonale a-NIS nello stato ad alta temperatura al sistema cristallino trigonale B-NI nello stato a bassa temperatura, accompagnato da un espansione dei volumi del 2,38%. Questa struttura è conservata a temperatura ambiente. Se in futuro il vetro verrà riscaldato, la transizione dello stato aB potrebbe avvenire rapidamente. Se questi detriti si trovano all'interno del vetro temperato sottoposto a trazione, l'espansione del volume provocherà un'esplosione spontanea. Se a-NIS esiste a temperatura ambiente, si trasformerà lentamente nello stato B nel corso di diversi anni o mesi. Il lento aumento di volume durante questa transizione di fase potrebbe non causare necessariamente una rottura interna.
C. La superficie del vetro presenta graffi, crepe, crepe profonde e altri difetti dovuti a lavorazione o funzionamento impropri, che possono facilmente causare concentrazione di stress o causare l'autoesplosione del vetro temperato.
② Distribuzione irregolare delle sollecitazioni e offset nel vetro temperato
Quando il vetro viene riscaldato o raffreddato, il gradiente di temperatura generato lungo lo spessore del vetro è irregolare e asimmetrico. Ciò fa sì che i prodotti temperati abbiano la tendenza ad autoesplodere e alcuni producano "esplosione del vento" quando sono refrigerati. Se la zona di tensione è spostata su un determinato lato del prodotto o sulla superficie, il vetro temperato esploderà automaticamente.
③Influenza del grado di rinvenimento.

Gli esperimenti hanno dimostrato che quando il grado di rinvenimento viene aumentato al livello 1/cm, il numero di autodistruzioni raggiunge il 20-25%. Si può vedere che maggiore è lo stress, maggiore è il grado di rinvenimento e maggiore è la quantità di autoesplosione.

Soluzione di autoesplosione in vetro temperato
1. Ridurre il valore di stress del vetro temperato
La distribuzione dello stress nel vetro temperato è che le due superfici del vetro temperato sono sottoposte a stress di compressione, lo strato centrale è sotto stress a trazione e la distribuzione dello stress attraverso lo spessore del vetro è simile a una parabola. Il centro dello spessore del vetro è l'apice della parabola, dove è massima la tensione di trazione; i due lati vicini alle due superfici del vetro sono sollecitati a compressione; la superficie a stress zero si trova a circa 1/3 dello spessore. Analizzando il processo fisico di tempra e raffreddamento rapido, si può vedere che la tensione superficiale del vetro temperato e la massima sollecitazione di trazione interna hanno una relazione proporzionale numerica approssimativa, ovvero la sollecitazione di trazione è compresa tra 1/2 e 1/3 di lo sforzo di compressione. I produttori nazionali generalmente utilizzano la tensione superficiale del vetro temperato poiché la tensione è fissata a circa 100 MPa, ma la situazione reale potrebbe essere più elevata. La sollecitazione a trazione del vetro temperato stesso è di circa 32 MPa ~ 46 MPa e la resistenza alla trazione del vetro è di 59 MPa ~ 62 MPa. Finché la tensione generata dall'espansione del solfuro di nichel è di 30 MPa, è sufficiente a provocare l'autoesplosione. Se la sollecitazione superficiale viene ridotta, anche la sollecitazione di trazione inerente al vetro temperato[1] verrà ridotta di conseguenza, contribuendo così a ridurre il rischio di autoesplosione.
La norma americana ASTMC1048 stabilisce che il range di sollecitazione superficiale del vetro temperato sia maggiore di 69MPa; il vetro semitemperato (rinforzato termicamente) è 24MPa ~ 52MPa. Lo standard BG17841 per il vetro per facciate continue stabilisce che l'intervallo di sollecitazione del vetro semitemperato è 24<δ≤69mpa. my="" country's="" march="" 1="" this="" year="" the="" implemented="" new="" national="" standard="" gb15763.2-2005="" "safety="" glass="" for="" construction="" part="" 2:="" tempered="" glass"="" requires="" that="" its="" surface="" stress="" should="" not="" be="" less="" than="" 90mpa.="" this="" is="" 5mpa="" lower="" than="" the="" 95mpa="" specified="" in="" the="" old="" standard,="" which="" is="" beneficial="" to="" reducing="">
2. Uniformare le sollecitazioni del vetro
Lo stress irregolare del vetro temperato aumenterà significativamente il tasso di autoesplosione, che ha raggiunto un livello che non può essere ignorato. L'autoesplosione causata da uno stress irregolare a volte è molto concentrata. In particolare, il tasso di autoesplosione di un lotto specifico di vetro temperato curvo può raggiungere un grado di gravità scioccante e l'autoesplosione può verificarsi in modo continuo. Le ragioni principali sono le sollecitazioni irregolari locali e la deviazione dello strato di tensione nella direzione dello spessore. Anche la qualità della lastra di vetro originale ha un certo impatto. Lo stress irregolare ridurrà significativamente la resistenza del vetro, il che equivale ad aumentare in una certa misura lo stress di trazione interno, aumentando così il tasso di autoesplosione. Se lo stress del vetro temperato può essere distribuito uniformemente, il tasso di autoesplosione può essere ridotto efficacemente.
3. Trattamento a caldo (HST)
Spiegazione dell'assorbimento del calore. Il trattamento a caldo è anche chiamato trattamento di omogeneizzazione, comunemente noto come "detonazione". Il trattamento di immersione termica consiste nel riscaldare il vetro temperato a 290 gradi ±10 gradi e mantenerlo caldo per un certo periodo di tempo, il che spinge il solfuro di nichel a completare rapidamente la trasformazione della fase cristallina nel vetro temperato, causando il vetro temperato che è probabile che esploda dopo l'uso per essere rotto artificialmente in anticipo in fabbrica. Forno a immersione termica, riducendo così l'autoesplosione del vetro temperato in uso dopo l'installazione. Questo metodo utilizza generalmente l'aria calda come mezzo di riscaldamento. All'estero si chiama "HeatSoakTest", o in breve HST, che letteralmente significa trattamento di assorbimento del calore.
Difficoltà di assorbimento del calore. In linea di principio, il trattamento con immersione termica non è né complicato né difficile. Ma in realtà è molto difficile raggiungere questo indicatore di processo. La ricerca mostra che esistono molte formule strutturali chimiche specifiche del solfuro di nichel nel vetro, come Ni7S6, NiS, NiS1.01, ecc. Non solo variano le proporzioni dei vari componenti, ma possono anche essere drogati con altri elementi. La velocità del suo cambiamento di fase dipende fortemente dalla temperatura. La ricerca mostra che il tasso di cambiamento di fase a 280 gradi è 100 volte quello a 250 gradi, quindi è necessario garantire che ogni pezzo di vetro nel forno subisca lo stesso regime di temperatura. Altrimenti, da un lato, il vetro a bassa temperatura non può essere completamente cambiato di fase a causa del tempo di conservazione del calore insufficiente, il che indebolisce l'effetto dell'assorbimento di calore. D'altro canto, quando la temperatura del vetro è troppo elevata, può addirittura verificarsi una trasformazione di fase inversa del solfuro di nichel, causando maggiori pericoli nascosti. Entrambe le situazioni possono rendere l’ammollo termico inefficace o addirittura controproducente. L'uniformità della temperatura quando il forno a caldo è in funzione è molto importante. Tre anni fa, la differenza di temperatura nel forno durante l'isolamento a caldo nella maggior parte dei forni domestici raggiungeva addirittura i 60 gradi. Non è raro che i forni importati presentino differenze di temperatura di circa 30 gradi. Pertanto, anche se alcuni vetri temperati sono stati immersi a caldo, il tasso di autoesplosione rimane elevato.
I nuovi standard saranno più efficaci. Infatti, il processo e le attrezzature di immersione a caldo sono stati continuamente migliorati. La norma tedesca DIN18516 specificava un tempo di tenuta di 8 ore nell'edizione del 1990, mentre la norma prEN14179-1:2001(E) ha ridotto il tempo di tenuta a 2 ore. L'effetto del processo di immersione a caldo secondo il nuovo standard è molto significativo e esistono chiari indicatori tecnici statistici: dopo l'immersione a caldo, può essere ridotto a un caso di autoesplosione per 400 tonnellate di vetro. D'altra parte, i forni per immersione a caldo migliorano costantemente il loro design e la loro struttura e anche l'uniformità del riscaldamento è stata notevolmente migliorata, il che può sostanzialmente soddisfare i requisiti del processo di immersione a caldo. Ad esempio, il tasso di autoesplosione del vetro trattato a caldo di CSG Group ha raggiunto gli indicatori tecnici dei nuovi standard europei e ha funzionato in modo estremamente soddisfacente nel progetto di 120,000-metri quadrati del nuovo aeroporto di Guangzhou .
Sebbene il trattamento di assorbimento del calore non possa garantire che l'autoesplosione non si verifichi mai, riduce il verificarsi dell'autoesplosione e risolve veramente il problema dell'autoesplosione che affligge tutte le parti coinvolte nel progetto. Pertanto, l'ammollo termico è il metodo più efficace riconosciuto all'unanimità nel mondo per risolvere completamente il problema dell'autoesplosione.