钢化玻璃扛得住锤子,却被一个小气泡轻松干碎?

家电 ycc 2020-10-04 00:15

  [PConline 杂谈]一则看似普通的民生新闻“小张被浴室玻璃门割伤手”冲上了热搜第一名,让网友们纷纷感叹“人类都是颜狗”;对于美的燃气灶的玻璃面板不明原因爆裂新闻,也让我们对日常使用的家电玻璃装置的安全性产生了怀疑。

  钢化玻璃的自爆现象频频发生让人不禁困惑:钢化玻璃作为现代工业中应用最广泛的材质之一,在我们的生活中无处不在,手机屏幕、汽车风挡、大楼幕墙上都是它的身影。但偏偏这么一种以坚固、抗外力为特点的材质,却总会出现无故自爆的事件而频繁见诸报端。这就让人很疑惑了:为什么连石头锤子都不容易砸破的钢化玻璃,会突然在不受外力的作用下自行爆裂呢?

  其实,只要细心观察自爆后的钢化玻璃就会发现,自爆的钢化玻璃的裂痕分布有明显特征——它们总是有一个蝴蝶状的起爆点,在起爆点中间的截面上也总有一个深色“小气泡”,而这个小气泡,就是所有钢化玻璃自爆的元凶。

  那么问题又来了:到底是什么让好好的钢化玻璃内部出现了小气泡?小气泡又如何导致玻璃自爆?要回答这些问题,我们就要溯源到钢化玻璃的制造原理上去。

  钢化玻璃的制造原理

  钢化玻璃的制造工艺在本质上和普通玻璃是类似的。普通玻璃的制造方法是将玻璃原料高温锻造,形成均匀无气泡的“玻璃液”;待玻璃液冷却到可以进行机械加工的温度时,将其压延摊平,形成平板状态;最后,将平板状态的玻璃半成品缓慢加热再让其冷却“退火”,这样一块平滑剔透的玻璃就做好了。

  钢化玻璃的制造只比普通玻璃的制造工序多出一个强化步骤:将完成了上述步骤的玻璃成品重新加热到玻璃软化点的温度附近,然后在玻璃两侧同时用高压气流吹气,让玻璃外部迅速冷却。这一番操作下来,玻璃的表面外层会迅速冷却收缩,会形成极高的内部压应力。而相应的,缓慢冷却的玻璃内层则会形成很高的内部拉应力,一拉一压,两个力呈现平衡状态。经过处理的玻璃在受到外力作用时,内部的拉力会阻止表面微小裂纹的扩大,玻璃的强度也就随之变强。

  为何自爆?内外应力失衡惹的祸

  所以,一块完好的钢化玻璃,其力学结构会处于一种内部高拉应力和外部高压应力相互平衡的状态。通俗点说,就是玻璃内部芯层的分子拼了命地想往外膨胀,玻璃表层的分子拼了命地想往里挤压,膨胀、挤压两力互相平衡,钢化玻璃就形成了一种坚硬无比的稳态,坚硬到就连用锤子砸也不容易砸破。

  然而,祸起萧墙,可破金汤,再坚硬的外部结构也无法避免内部稳态失衡的发生。如果钢化玻璃内部有异物杂质突然膨胀,内部拉应力瞬间增大,那么此时外部压应力就无法抵御内部拉应力,内外力平衡就会被破坏,玻璃就会突然自爆。内外应力平衡被破坏,玻璃在内应力作用下破开是钢化玻璃自爆的最大原因。

  从内部“攻破”钢化玻璃的往往是玻璃本体中夹杂的硫化镍(NiS)。硫化镍有一个很特殊的物理性质——热缩冷涨,遇热缩小,遇冷膨胀,跟一般的物质恰恰相反。藏于玻璃中的硫化镍杂质在受冷时会膨胀挤压两旁的分子,玻璃内拉应力随之增大,钢化玻璃就产生了自爆。

  理论上,一块全无杂质,纯度极高的钢化玻璃在不受外力作用下是不会突然自爆的。但很可惜,在当前的玻璃制造工艺条件下,硫化镍无法从玻璃中被完全剔除,总会有一定量的硫化镍杂质混合在玻璃中。换句话说,钢化玻璃自爆问题是钢化玻璃制造商短期内还无法解决的技术难题,钢化玻璃的自爆只能去规避,而无法彻底杜绝。

  那还能用钢化玻璃吗?

  有人会问:“既然钢化玻璃的自爆问题无法避免,那随时都有自爆可能的钢化玻璃还能用吗?”其实,这个问题倒也不必因噎废食至此。普遍来说,钢化玻璃的强度要比普通玻璃的大得多,能抵下大量外力冲击;同时,基于其力学特性,钢化玻璃在破碎后会迅速破碎成许多极小的碎片,相比破碎后会产生大片碎片的普通玻璃,钢化玻璃划伤人的风险是较低的。因此综合来看,即使有自爆风险,钢化玻璃的安全性仍比普通玻璃要高出好几个量级,以安全性为理由拒绝钢化玻璃完全是无稽之谈。

  对钢化玻璃的总体安全性和自爆风险有了清晰的认知后,我们在选购、使用钢化玻璃及相关产品时,心理负担就会相应减少了些。虽说自爆问题不可避免,但劣质的制作流程仍会提高钢化玻璃的自爆率,所以在选购钢化玻璃时,一定要选择质量合格、品牌口碑良好的钢化玻璃制品。同时,我国对钢化玻璃也制定了相关的国家标准,并强制所有钢化玻璃产品进行3C认证,所以购买钢化玻璃前,一定要确保其具有3C认证标志。

  如果对安全性有额外要求的话,还可以选择夹胶的钢化玻璃。夹胶的钢化玻璃是指两片以上的钢化玻璃通过PVB胶膜粘合而成,因为中间有胶水粘牢,所以夹胶玻璃在因故破碎后,碎片也不会散落满地,安全性会更高。目前,玻璃幕墙、玻璃围栏等建筑用途的玻璃基本上就是夹胶玻璃。

  总结

  钢化玻璃的自爆问题主要是由钢化玻璃所含有的杂质造成的,受限于钢化玻璃的制造工艺,此问题仍然无法被彻底解决,只能是通过规避方式,也就是说所有钢化玻璃都有自爆的风险,但是综合来看,钢化玻璃的安全性仍然要比传统玻璃高出几个量级,要注意购买质量合格、通过3C认证的钢化玻璃产品。如果对钢化玻璃的安全性有更高的需求,则可以考虑使用夹胶玻璃产品。

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