钢化玻璃的碎片数和表面应力

钢化玻璃具有较高的抗冲击能力、热稳定性和安全性，被广泛应用于建筑材料、交通工具和生产生活等很多领域。钢化玻璃的安全性体现在其破碎时，整块玻璃会碎裂成没有锋利边角的小颗粒，不易伤人。

在生产中不可避免地会出现碎片状态不合格的钢化玻璃产品，破碎时可能产生尖锐的长条碎片，对人造成伤害。为此，国家标准、行业标准对钢化玻璃碎片状态有相应规定。

表1钢化玻璃碎片数在标准中的规定

此外，上述标准都规定了试样在50×50mm区域内允许有少量长条形碎片，长度不超过75mm。

生产过程中，钢化玻璃表面形成均匀的压应力层，使其产生远高于普通玻璃的抗冲击能力。钢化玻璃的抗冲击能力是退火玻璃的3～5倍，半钢化玻璃则是退火玻璃的2～3倍。

钢化玻璃的抗冲击能力通常由表面应力这一参数表征。一般来说，表面应力越大，抗冲击能力越强。

标准文件中对钢化玻璃表面应力的规定如下：

包括小编在内的不少人都很好奇——钢化玻璃的碎片数和表面应力之间有什么关系呢？是不是表面应力越大，碎片数就一定越多呢？

为此我们和客户合作做过一些实验，暂未发现钢化玻璃的碎片数和表面应力之间存在特定的关系。下图是对1000片钢化玻璃先测量表面应力再进行碎片实验得到的结果，可见表面应力在100～135MPa的钢化玻璃碎片数分布在45～65片之间，从该图不能明显看出二者之间的关联。

注：应力值前面的负号表示压应力。

图11000片钢化玻璃表面应力与碎片数的关系

碎片数和表面应力都是衡量钢化玻璃质量的重要指标。在标准GB/T15763.2《建筑用安全玻璃第2部分:钢化玻璃》中，碎片状态是安全性能指标，表面应力是一般性能指标。

对于建筑玻璃和汽车玻璃，钢化质量和安全性能都是需要关注的，因此标准规定碎片状态和表面应力都要检验。

对于太阳能用压花玻璃，主要关注的是产品抗冲击强度。通过碎片实验检验抗冲击强度时，成本较高不宜进行大规模测试，较难反映某批产品整体的实际钢化质量。此外，碎片实验只适用于生产过程中的检验，不适合用来检验成品，也不能用于现场验收，具有一定的局限性。

表面应力能直观地反映产品的钢化质量，采用光学测量方法可以在不破坏样品的情况下进行快速准确的测量。相比于碎片实验，通过测量表面应力检验压花玻璃的抗冲击性能更加经济环保，且适用于更多场合的测试。

市面上应用比较广泛的钢化玻璃表面应力检验仪器大多基于光波导法和临界光线折射法。

光波导法利用浮法玻璃锡面的光波导特性进行表面应力的测量。在生产过程中，浮法玻璃有一个表面和锡溶液接触，玻璃中的钠离子和锡离子进行交换，形成一层折射率比玻璃高的锡面。

由于锡面位于空气和玻璃之间，且折射率大于空气和玻璃的折射率，所以能够形成光波导，为表面应力测量提供了有利条件。为了保证光的射入与射出，光路中需要使用高折射率的光学棱镜。光波导法光路示意图见图2。

图2光波导法光路示意图

光波导法要求被测玻璃有光波导特性，所以相应的仪器必须在锡面测量，不适用于浮法玻璃的空气面和没有锡面的玻璃。

临界光线折射法的原理类似于光波导法，但不需要被测玻璃具有光波导特性，能够测量浮法玻璃的空气面和没有锡面的玻璃。

采用这两种方法均可以测得玻璃的表面应力，但不能直接测出玻璃在板厚方向上的应力分布，且操作较为复杂，需要一定操作经验才能实现准确测量。

散射光弹性法是用于测量透明材料内部应力的一种技术。透明材料的表面被施加压力时会进入应变状态，入射到材料中的线偏振光会改变偏振态，部分被外围成为散射光。散射光具有与原始光束在其分散位置处的偏振特性相对应的角分布，光程差的大小和主次应力差成比例。因此，当从一定方向观察光束的路径时，可以根据来自该路径的散射光强度变化估算偏振特性的变化和原始光束光程差的变化。散射光弹性法测量玻璃应力的光路示意图见图3。

图3散射光弹性法光路示意图

散射光弹性法不仅可以测量玻璃的表面应力，而且可以较为完整地测出玻璃在板厚方向的应力分布，适用于钢化玻璃、半钢化玻璃和退火玻璃的应力测量。

GlasStressSCALP便携式智能应力分析仪正是基于这一原理，能够从浮法玻璃的空气面进行应力测量，并能测量压花玻璃、中空玻璃、汽车玻璃、光伏组件等产品。