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浅谈玻璃钢化炉钢化薄玻璃
来源:soarspa.com   发布时间:2013-08-03
        薄的玻璃钢化,特别是厚度在3mm以下的钢化玻璃,正越来越多地应用于许多领域。这里就鉴于目前薄玻璃的各种钢化方法,并就有效地提高薄玻璃的钢化成品率、钢化工艺方法、钢化炉的设计等方面进行一些探讨。
        所谓的薄玻璃,一般是指厚度小于3毫米的平板或其他形状玻璃。钢化玻璃 (Tempered glass/Reinforced glass) 属于安全玻璃。钢化玻璃其实是一种预应力玻璃,为提高玻璃的强度,通常使用化学或物理的方法,在玻璃表面形成压应力,玻璃承受外力时首先抵消表层应力,从而提高了承载能力,增强玻璃自身抗风压性,寒暑性,冲击性等。
        钢化的薄玻璃应用市场广阔,以前因加工困难,成本高,主要用于电子工业制版玻璃和夹层玻璃。目前随着技术的进步,成本得以逐步降低,在建筑,汽车,电气照明等各个领域也得到越来越广泛的应用,尤其是汽车产业,为了节能并增加空间感,汽车玻璃正向大面积方向发展。1970年汽车玻璃占汽车自重的2.7%,到1980年增加到3.8%,目前汽车玻璃几乎占到车身面积的一半。使用薄钢化玻璃既可以减轻车体重量(汽车用玻璃厚度每减少1mm,重量就可以减少约6kg。现在常用的单片玻璃厚度范围为1.5mm到2.5mm,而我国汽车单片玻璃厚度还在3.5mm-4mm左右),又可以大量减少能源消耗,减轻环境污染。
薄玻璃钢化方法概述
1.化学钢化发法
        此方法是通过改变玻璃的表面的化学组成来提高玻璃的强度,一般是应用离子交换法进行钢化。故又称离子交换法。其方法是将含有碱金属离子的硅酸盐玻璃,浸入到熔融状态的锂(Li+)盐中,使玻璃表层的Na+或K+离子与Li+离子发生交换,表面形成Li+离子交换层,由于Li+的膨胀系数小于Na+、K+离子,从而在冷却过程中造成外层收缩较小而内层收缩较大,当冷却到常温后,玻璃便同样处于内层受拉,外层受压的状态,其效果类似于物理钢化玻璃。化学钢化法的优点是加工出的玻璃强度高、热稳定性好,表面不变形、可做适当切裁处理、无自爆现象。缺点是成产周期长,生产效率低,碎片与普通玻璃相仿,安全性差,而且性能不稳定,强度随时间衰减很快。
2.物理钢化发法
        物理钢化玻璃又称为淬火钢化玻璃。它时将普通平板玻璃在玻璃钢化炉加热炉中加热到接近玻璃的软化温度(600℃)时,通过自身的形变消除内部应力,然后将玻璃移出加热炉,再用多头喷嘴将高压冷空气吹向玻璃的两面,使其迅速且均匀地冷却至室温,即可制得钢化玻璃。这种玻璃处于内部受拉,外部受压的应力状态,一旦局部发生破损,便会发生应力释放,玻璃被破碎成无数小块,这些小的碎片没有尖锐棱角,不易伤人。其中物理钢化玻璃的加工方式又可分为风冷钢化 (风冷钢化又分为:垂直吊挂法、水平气垫钢化法、水平辊道钢化)、液体钢化、固体钢化三大类,其中风冷方式是世界上业内使用最普遍的的钢化方式,水平辊道钢化优势:由于垂直吊挂法是玻璃沿上边部被垂直吊起,然后进行加热和吹风冷却。这种方法不可避免地沿玻璃上边部挂钩抓取的地方产生夹钳印。水平辊道钢化炉是世界上使用最普遍的一种玻璃钢化设备,它是通过水平辊道传送玻璃进行加热,吹风冷却钢化,具有生产效率高,产品种类多,加工范围广等优点,它能生产3—19mm厚度范围内的各种白玻、茶玻、绿玻、兰玻、压花、釉面、涂层、磨砂、刻花等玻璃,且钢化质量好,操作方便,装卸片容易,整个钢化工艺过程全部实现了自动控制,从而避免了人为的失误而造成的不必要的损失,只需一个人,通过一部中央处理机,就能对整个系统进行控制。
        对于3mm以下的薄玻璃而言,风冷钢化法是最有发展前途的工艺方法。目前进口的风冷钢化炉只有少数可生产厚度为3mm以下的钢化玻璃,国产钢化炉所钢化的玻璃最小厚度一般在4mm左右。据笔者了解目前国产的奇幻城钢化炉已经可以做到2.8mm厚的玻璃了。奇幻城娱乐制造的玻璃钢化炉使用的就是是水平辊道钢化。 
风冷钢化薄玻璃的技术探讨
        针对市场前景广阔,厚度在2-3mm的薄玻璃而言,最适宜的工艺应为水平辊道风冷钢化法。钢化热处理工艺要求使玻璃内部与表面之间造成明显的温差,这样当玻璃表面已经变硬,且温度低于转变温度,而玻璃内部温度仍高出800~1000K,仍在收缩,从而形成应力。由于玻璃的热传导性,薄玻璃不易建立起这样的温度梯度,故不易实现完全钢化,这就是钢化薄玻璃的难点所在。实际上非常薄的玻璃中除了热传导外,还有中心到表面的辐射,辐射的作用使热传导随着玻璃厚度的减少而加强。另外,由于薄玻璃对加热均匀性要求较高,风冷淬火时薄玻璃极易炸裂。根据国内外薄玻璃钢化炉的实际应用情况以及相关文献上看,我们可以从以下几个方面进行研究解决。
(1)提高玻璃在加热炉内的加热均匀性。
(2)提高喷嘴出口气体的速度,以便提高热交换系数。
(3)改进喷嘴系统的设计。
(4)缩短喷嘴至玻璃的距离。
(5)在炉体与淬冷区之间安装吹风挡帘,并尽量缩短两者之间的距离。
(6)选择合适钢化薄玻璃的传动系数。
(7)确定适合薄玻璃生产的工艺制度。包括加热时间、淬冷时间等。
        综上所述,化学钢化适用于对对特薄玻璃(厚度小于1mm)、要求精度高或形状复杂的玻璃进行钢化,其产品大都用于眼镜、航空玻璃、电子用基板玻璃等特殊用用途。但是化学产品寿命较短,一般为3年以下,而物理钢化产品寿命超过30年;微粒钢化玻璃工艺的冷却强度可达15.0x109kcal/m2.hr,故此法可生产强度高、无应力斑纹的优质薄钢化玻璃,但会影响玻璃的表面质量;液体钢化玻璃工艺的冷却强度为11.0x109kcal/m2.hr,适用于小规格薄玻璃钢化。
        一般来说,风冷钢化玻璃工艺的冷却强度为0.6x109~4.8x109kcal/m2.hr。其中垂直钢化适用于钢化质量要求不高的薄玻璃;水平钢化炉特别适合生产大规模高质量的薄玻璃,就国内而言,对现有的钢化工艺方法做一些技术性改进后,在较短时间内完全有能力生产出能耗低,成品率高和质量好的钢化玻璃。
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