鋼化應(yīng)力斑成因探討及觀測、改善方法的探索
上海耀皮玻璃集團股份有限公司 黃 輝

一、引言
鋼化應(yīng)力斑現(xiàn)象是鋼化玻璃的特征。在鋼化以及半鋼化玻璃的制造過程中，玻璃被加熱到650℃以上臨近玻璃的軟化點后，用一定風(fēng)壓流量的壓縮空氣作用于玻璃的表面，從而對玻璃進行跡火冷卻，在玻璃享度的中央?yún)^(qū)域造成拉應(yīng)力，相應(yīng)地在玻璃的表面產(chǎn)生壓應(yīng)力，玻璃內(nèi)部的應(yīng)力差異以及密度差異，致使在偏振光線或部分偏振光線條件下，出現(xiàn)偏振光的干涉現(xiàn)象（雙折射現(xiàn)象），從而在玻璃表面出現(xiàn)明暗的條紋現(xiàn)象，即鋼化玻璃的應(yīng)力斑紋。普通鋼化玻璃在自然光線下很難觀察到應(yīng)力斑，但隨著幕墻玻璃配置越來越復(fù)雜，單元產(chǎn)品往往需要鋼化、夾層、鍍膜乃至中空等多種處理，并集成復(fù)合了3塊以上玻璃，最終上墻產(chǎn)品的多塊玻璃應(yīng)力斑極易相互疊加，使應(yīng)力斑在自然光下顯現(xiàn)，造成外觀效果不佳。雖然目前國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)將鋼化應(yīng)力斑定性為正?，F(xiàn)象，但客戶從自身出發(fā)往往并不愿意去理解玻璃上的應(yīng)力斑紋現(xiàn)象并誤判為質(zhì)量問題范疇，造成與加工廠商的矛盾。為保障完美的產(chǎn)品外觀效果，應(yīng)力斑紋現(xiàn)象是玻璃深加工行業(yè)需要加強認識、研究并最終解決的一道坎。本文從實驗與實例出發(fā)，探討應(yīng)力斑的成型原因，觀測改善辦法，希望還更多玻璃以本來顏色。
二、應(yīng)力斑的成型原因及觀測、改善辦法（1）應(yīng)力斑的成型原因
鋼化工藝過程可分為加熱段與冷卻段，應(yīng)力斑的成型原因就隱藏在這兩段之中，為考察兩段對鋼化應(yīng)力斑的影響效果，本文采取了一些實驗來分別驗證。在實驗冷卻段的過程中，保持熱段投料位置、
觀測、改善方法的探索
各類參數(shù)不動、相同尺寸玻璃連續(xù)投片條件下，改變冷段的各類參數(shù)并沒有對應(yīng)力斑紋的輕重、位置、花樣造成太大影響。在實驗加熱段的過程中參數(shù)的改變則會對應(yīng)力斑起到很大的影響，加熱段的狀態(tài)決定了應(yīng)力斑的表現(xiàn)形式。
為量化加熱段溫度對應(yīng)力斑的影響，設(shè)計了下列實驗。首先在成熟工藝下，在有效載寬2.8米的鋼化爐正中位置連續(xù)投放寬度1.4米的玻璃，爐內(nèi)中心位置1.4米寬度內(nèi)由于玻璃帶走熱量，形成了低溫區(qū)，而爐內(nèi)兩側(cè)0.7米寬度內(nèi)因熱量無法消耗持續(xù)累積成高溫區(qū)，具體效果如圖1所演示，圖中藍色區(qū)域演示低溫紅色演示高溫。
人為造成鋼化爐內(nèi)溫度分布不均勻后，分別緊靠兩側(cè)高溫區(qū)投料兩塊1.4米玻璃，使實驗玻璃在爐內(nèi)受熱不均。實驗玻璃效果如圖2所示：靠左右兩邊投料受熱不均的玻璃在受熱更高的區(qū)域都出現(xiàn)了集中的應(yīng)力斑，而中間投料的玻璃受熱均勻，并無明顯團聚的應(yīng)力斑紋。該實驗表明受熱不均勻是應(yīng)力斑的成因且應(yīng)力斑集中于玻璃溫度較高處。
如何防患未然，及早表征應(yīng)力斑的情況是解決應(yīng)力斑工作的重中之重。主要觀測方式有兩種：①使用偏振光肉眼觀測。該方法較復(fù)雜，需要設(shè)計燈箱與架設(shè)大塊偏振光屏障，改燈光為偏振燈光，在反射或透射情況下即可裸眼觀測玻璃，優(yōu)點為無需自然光，夜間可操作。②使用偏振光眼鏡自然光下觀測。該方法較簡單，在自然光、黑背景下帶偏光鏡片即可準(zhǔn)確觀察應(yīng)力斑花樣，但依賴外界光線條件太強太弱均無法進行觀測。
（3）鋼化應(yīng)力斑改善辦法
通過實驗，了解到鋼化過程中玻璃局部過熱會造成明顯的應(yīng)力斑團聚，而在實際案例中，大部分應(yīng)力斑會集中到玻璃的正中間（如圖3所示），認識什么樣的條件會造成玻璃中心過熱是改善應(yīng)力斑的關(guān)鍵。本文提出了中間有應(yīng)力斑紋現(xiàn)象的玻璃在鋼化爐內(nèi)變化過程的假想與推理如圖4所示。
如圖4a，玻璃進預(yù)熱段后，下部接觸高溫輯道受熱傳導(dǎo)與熱輻射作用，受熱快于受熱輻射作用的上部（如有吹風(fēng)功能，則有熱對流作用），使下部熱膨脹大于上部，玻璃向上翹曲變形，造成中部受熱高于其他區(qū)域；如圖4b與4c，玻璃保持上翹形態(tài)完成預(yù)熱進入加熱段，受上翹影響，玻璃中部繼續(xù)接觸輥道，受熱更加充分，中部溫度繼續(xù)增高；如圖4d，玻璃整體溫度到位，軟化并恢復(fù)平整，繼而出爐，但中部溫度依然高于四邊，冷卻后，原高溫區(qū)應(yīng)力集中，產(chǎn)生應(yīng)力斑。
該工藝問題在于玻璃在爐內(nèi)直至軟化前一直保持四邊上翹形態(tài)，導(dǎo)致玻璃中間部分充分接觸高溫輥道，溫度過高。冷卻時，應(yīng)力集中原高溫區(qū)域，形成應(yīng)力斑。在此假想基礎(chǔ)之上，做工藝改進如圖5
所示。
如圖5a所示，玻璃進爐必然接觸輥道，下部受熱傳導(dǎo)與熱輻射作用，受熱快于受熱輻射作用的上部，四邊上翹無法避免，但降低下部溫度可減輕上翹程度；如圖5b所示，通過工藝調(diào)整，使玻璃上部受熱快于下部，進而上部膨脹大于下部，完成上翹至下彎的變形過程，并保持至預(yù)熱段結(jié)束；如圖5c 所示，通過工藝調(diào)整，使玻璃在加熱段到達軟化溫度前，盡量保持下彎形態(tài)；如圖5d所示，玻璃軟化，恢復(fù)平整，此時需盡快出爐，保持中間溫度均勻并低于四邊。
通過演示調(diào)整、生產(chǎn)出的玻璃與圖4工藝下的玻璃對比如圖6所示，通過對比，中部不再見團聚成型的應(yīng)力斑花樣，改善效果非常明顯。
三、結(jié)論
本文通過探討應(yīng)力斑的的成型原因及觀測、改善方法，闡述了以下觀點：①應(yīng)力斑成型于鋼化爐內(nèi)玻璃受熱偏高的區(qū)域；②可通過偏振光設(shè)備或偏振光鏡片充分表征應(yīng)力斑，防患于未然；③玻璃上下受熱不均時會膨脹變形，通過工藝手段可控制玻璃變形的方式以消除常見的中部區(qū)域應(yīng)力斑團聚現(xiàn)象。