Low-E玻璃物理钢化平整度.pdf

45 1 前 言 Low-E 玻璃由于其出色的红外高反射及可见光的高 透特性，被越来越多地应用于当代建筑物上，使得建筑的 节能效果大幅提高。按照国家相关法规法律规定建筑玻璃 的使用必须符合安全要求，因此 Low E 玻璃在使用中必 须要进行安全处理，通常采用的往往是物理钢化处理，即 提高了玻璃强度，又确保了一旦破坏而不伤人的安全性。 由于 Low-E 玻璃的镀膜面对中远红外的高反射特性，使 得其在进行物理钢化时的加热过程中极易产生加热不均匀 的问题，从而使得玻璃平整度很难达到使用要求。本文主 要从钢化的非对称加热及非对称冷却工艺入手，通过试验 对 Low-E 玻璃钢化的平整度问题进行分析和探讨。 2 试验理论基础 假定一个受热均匀玻璃在钢化过程中淬冷的上下冷 却能力不对称时，若上表面冷却小于下表面，则会形成不 对称应力分布，即上表面压应力小、下表面压应力大的应 力分布，如图 1 所示： 图 1 不对称应力分布图 此应力分布可分解成一个弯矩应力，如图 2 所示： 图 2 弯矩应力分布图 和一个对称分布的钢化应力图，如下图所示 图 3 对称应力分布图 而图 1 所示应力体系由于存在上下表面应力差，是 一个不稳定的力平衡，当玻璃四边不受约束条件下，玻璃 板受图 2 的弯矩应力作用下就会自动向上弯曲，从而应力 得以重新分布，得到图 3 的均匀平衡的应力分布图，而结 果就是玻璃上翘，如图 4 所示； 图 4 玻璃的翘曲 此现象对于玻璃加热后上表面温度低、下表面温度 低而钢化冷却能力对称时结果也是类似的。根据此理论， 我们就可以通过调节玻璃上下表面温度差或者是冷却能力 对称性实现平整度的调节。 Low-E 玻璃物理钢化平整度 Discussion on Low-E of tempered glass roughness 杨 磊 董 晶 刘超英（中国建筑材料科学研究总院 北京 100024） 摘 要：Low-E 玻璃的镀膜面对中远红外的高反射特性，使得其在进行物理钢化加工时很容易出现炸裂和严重变形， 严重限制了 Low-E 玻璃的应用领域。本文拟通过对物理钢化工艺的深入研究，以试验的方式探索一种合理的钢化工艺，使 物理钢化后的 Low-E 玻璃平整度达到使用要求。 关键词：Low-E；物理钢化；平整度 Abstract：High reflective properties of Low-E glass coating face of far infrared，this makes the tempered glass to cracking and deformation, severely limits the applications of Low-E glass. This paper through in-depth study of the glass tempering process, explore ways to test a rational tempering process, Low-E glass flatness makes reached after glass tempering process. Keywords：Low-e；tempered；flatness 中图分类号：TQ171.72 文献标识码：B 文章编号：1003-8965(2015)01-0044-02 建筑玻璃与工业玻璃 46 玻璃在炉内的加热主要是通过辐射、对流和热传递 三方面来实现，传统加热炉都是以辐射传热为主的加热 方式。由于 Low-E 玻璃具有的抗红外辐射的特性，使得 Low-E 面的辐射加热效率大大降低，难以达到需要的钢 化点温度（620 摄氏度以上）；而下表面由于有辐射和辊 子的传导传热为主的共同作用，在相等时间内就要比上表 面加热快得多，使玻璃下表面温度高于上表面，从而使玻 璃出现波形或弓形变形等缺陷。自然对流加热是由于炉内 温度场的不均匀而形成的自然空气流动，可以使炉内温度 逐渐均匀化，是较为理想的加热方式。但仅靠炉内自然的 对流无法使 Low-E 玻璃实现均匀加热。为了让 Low-E 玻璃在炉内既能够达到钢化温度，又要使上下表面温度均 匀，故要引入上表面的强制对流加热，以平衡下表面的辐 射和传导传热。强制对流加热可以通过设置炉内对流加热 器，使用循环风机形成喷流，以显著提高对流加热效果。 3 试验准备 这次试验我们选用了信义公司生产的 6mm 可钢化离 线 Low-E 玻璃，规格为 3660mm2440mm。为了方便 钢化使用，将其切裁为 1200mm900mm，并采用双边 磨对其边部进行抛光处理。 钢化设备采用本单位带有上部强制对流功能的水平 辊道钢化炉，并在试验前使用废玻璃进行两炉试生产，以 保证炉内陶瓷辊和气流场温度尽可能的均匀。 4 试验过程 先采用单片入炉的方式对钢化工艺进行摸索。并在 每一片玻璃上片时用万用表测量玻璃表面电阻值，确定膜 面方向以保证 Low-E 玻璃膜面向上入炉。在工艺参数设 定上，炉温要比钢化普通玻璃的炉温设定低 3%-5%， 以保证膜面不会被烧坏。加热时间参考了普 通玻璃的设定，暂时设定为 240s，并开启 强制对流，上下风栅距玻璃位置相等，冷却 风压暂时设为最大。然后根据每一片玻璃钢 化后的状态再对工艺制度进行相应的调整。 最终我们制得了平整度符合使用要求的钢化 Low-E 玻璃。 第一片玻璃在冷却阶段出现了自爆现 象，分析自爆原因为，Low-E 玻璃自身的低 辐射率导致其在炉内受到的辐射加热效率大 大降低，本次试验用钢化炉只有炉体上部有 强制对流装置，在开启强制对流的情况下依 然很难使玻璃整体温度达到钢化温度点，最 终导致内部张应力过大而自爆。所以继续钢 化时需要延长加热时间以保证玻璃内外温度尽可能均匀。 第二块玻璃在其他设定不变的情况下，提高了 40s 加热时 间，玻璃冷却阶段并未出现炸裂现象。但玻璃出现了向上 弯曲。用细棉绳沿着玻璃对角线绷紧，用钢直尺测量其对 角线与玻璃表面距离差值为 2.5mm，该长度为对角线长 度的 1.6。分析其弯曲原因为，玻璃在炉内运行时，由 于下表面没有 Low-E 膜，并直接与陶瓷辊道接触，导致 下表面的温度要高于上表面，会造成 Low-E 玻璃在加热 过程中下表面受热膨胀快于上表面。同时在冷却时，在相 同的冷却能力下（此时上下风栅压力设置一样）下表面产 生的压应力要大于上表面，为了平衡下表面的压应力，玻 璃会自动向上弯曲来平衡上下表面应力。所以应适当降低 下表面风压，以达到玻璃上下表面应力平衡的效果。将下 表面风压降低为 48Hz 后，又分别试验了两块玻璃，两块 玻璃平整度均为 2.0mm，为对角线长度的 1.3，平整度 已优于风压调整前， 表面应力测试也没有出现明显的下降， 符合试验预期。 为了进一步优化钢化工艺，提高生产效率。我们采 用了两块玻璃同时入炉的钢化方法，由于炉内负载提高， 我们又适当延长加热时间到 320s。同时为了降低下表面 压应力，下风压进一步下调为 47Hz。玻璃出炉后测量其 平整度为 1.5-2.0mm。从结果可以看出下风压的降低， 对玻璃平整度有着显著影响。为了进一步提高平整度，下 风压输出下调为 45Hz。玻璃出炉后测量其平整度为 0.2- 0.5mm，为对角线长度的 0.13 -0.33，更加平整。这 一试验结果已经大大超出预期。 5 关键问题分析 5.1 非对称加热 本次试验采用的钢化炉由于没有配备下部强制对流 加热装置，所以玻璃在炉内加热时仅靠上部强制对流加热 表 1Low-E 玻璃钢化试验主要数据及参数 序号 玻璃规格（mm） 炉温（） 加热时间（s） 上/下风压 （Hz） 平整度（mm） 11200x900x670524050/50自爆 21200x900x671028050/502.5 31200x900x671028050/482.0 41200x900x671028050/482.0 51200x900x670532050/471.5-2.0 61200x900x670532050/471.5-2.0 71200x900x670532050/450.2-0.5 81200x900x670532050/450.2-0.5 91200x900x670532050/450.2-0.5 101200x900x670532050/450.2-0.5 111200x900x670532050/450.2-0.5 12 1200x900x6 70532050/45 0.2-0.5 （下转第57页） 建筑玻璃与工业玻璃 57 泥浆粒度分布变窄。由图可知球磨 24h 对泥浆的粒度分布 较好。实验采用球磨 24h. 图 4 解胶剂含量与流出时间关系 4.3 昔格达土泥浆的解胶实验结果分析 采用快速球磨以昔格达土 / 选钛尾矿质量比分别为 10:0、10:1、10:3、10:10 其编号为 A、B、C、D 进行配 料研究了以 Na2CO3、Na2SiO3做解胶剂实验。在快速球 磨机上球磨 10min 泥浆 m( 料 )/m( 球 )/m( 水 )=1:2:0.39， 快速球磨 10min，泥浆理论水份 28%，球磨后取出 200g 泥浆，分别加入不同种类的解凝剂并充分搅拌，观测泥浆 在解凝剂加入 0.01% 0.50%) 时泥浆流出时间。实验结 果见图 4。 解凝剂的解凝效果取决于分散相 ( 固相 )、分散介 质 ( 液相 ) 和分散剂 ( 解凝剂 ) 的共同作用和贡献，不 同的解凝剂对泥浆的作用效果及解凝程度不同。由图可 见：以 Na2CO3为解胶剂，其添加量在 0.1%-0.3% 之 间流出时间最少，解胶效果好，以 Na2SiO3作为解胶剂 其添加量 0.1%-0.3% 之间效果最好 , 但关于配方全是 昔格达土的在试验范围内解胶剂含量达了 0.5%。综上所 述以 Na2CO3、Na2SiO3做为解胶剂用量在配料总质量的 0.1%-0.3% 之间。 5 结 语 1）本文研究了以昔格达土、选钛尾矿为原料球磨时 间与粒度的关系。得到最优球磨时间为 24h。 2）以 Na2CO3、Na2SIO3作为解胶剂。研究了解胶剂 的添加与泥浆流动关系。得到最佳区间为解胶剂使用在原 料总质量的 0.1%-0.3% 效果最佳。 参考文献 1 彭胜恩 . 昔格达组粘土的工程地质特性研究 J. 水文地质工程地质，1986,2:16-18. 2 向贵府 . 昔格达土混合填料最优含水量研究 J. 中 国地质灾害与防治学报 ,2004,15(2):48. 3 谯春丽 . 昔格达土的动力特性研究 J. 四川水利 ,2003,5:33. 4 刘明 . 攀枝花选钛尾矿的综合利用 J. 矿业快报 .2007.6:53-54. 无法达到理想的均匀加热效果。在这种情况下，我们只能 通过延长加热时间尽可能的使玻璃上下表面温度趋于一 致，但无法达到上下表面都开启强制对流的理想效果，最 终玻璃在出炉时上下表面会存在些许的温度差异。 5.2 非对称冷却 一般来讲 Low-E 玻璃从加热炉出来后，玻璃本身温 度约 620 630，进入到钢化段快速冷却，形成钢化应 力。如果玻璃上、下表面冷却不均匀，会造成玻璃上弯、 下弯或波形大等质量缺陷，更严重的还有可能造成玻璃破 碎等问题，故需要保证上下表面均匀冷却。而本次试验较 为特殊，玻璃在出炉时下表面温度较上表面高，如果采取 对称冷却方式，必然会导致下表面应力过大，出现如图 4 的弯曲。所以我们采取了降低下表面风压的方法来减小玻 璃下表面产生的压应力，最终取得了不错的效果。 6 结 语 1）Low-E 玻璃在钢化加热时要比相同厚度的普通 玻璃加热时间延长 15% 左