Необычайно важно учитывать, что трещины, возникающие под воздействием термического напряжения, возникают не так часто из-за изначальных дефектов самого стекла, сколько в результате сочетания разных условий, которые ему придаются. Следовательно, в большинстве случаев на подобные поломки не распространяется гарантия, предоставленная поставщиком стекла.
Как избежать появления трещин на лобовом стекле во время мороза
Лобовое стекло может треснуть из-за резких перепадов температур. Однако одной лишь неосторожной эксплуатации обогревателя недостаточно для того, чтобы привести к данной проблеме.
Существует множество сопутствующих факторов: удары от камней, скрытые недостатки, производственные дефекты и даже ошибки, допущенные при установке стекла. Если стекло было качественно установлено в автосервисе и является оригинальным, то оно, как правило, должно выдерживать изменения температуры. Однако это утверждение работает только в идеальных условиях, когда стекло не подвергается механическим повреждениям.
В противном случае риск появления трещин значительно возрастает. К примеру, даже если в лобовое стекло попал мелкий камень летом, оставив незначительную вмятину, зимой это может привести к серьезным последствиям. Подобные повреждения, которые остаются незамеченными, со временем становятся источником микротрещин. В результате, при каждом движении на неровной дороге, трещина может расширяться. Она может лопнуть не только вследствие механического воздействия, но и под воздействием даже самых незначительных факторов.
Например, владелец автомобиля может начать двигатель дистанционно, не отключив отопитель в салоне накануне. Когда он выйдет из дома с надеждой на теплый салон, то, возможно, наткнется на лобовое стекло с трещиной, стремительно ползущей по его поверхности.
Как обычно водители прогревают двигатель автомобиля
Утром в морозные дни, многие водители предпочитают первым делом запустить двигатель, чтобы он прогрелся до рабочей температуры, которая составляет около 60-70 градусов. Только после этого они включают печку для обогрева салона и разморозки лобового стекла.
Когда температура на улице достигает минус 20 градусов, а из печки выходит 30-40 градусов тепла, разница температур составляет 50-60 градусов. Это приводит к неравномерному нагреву стекла: верхняя часть остается значительно холоднее нижней. Как следствие, внутри стеклянной поверхности возникают напряжения, и в конечном итоге стекло начинает трескаться в самых слабых местах.
Выявление термического разрушения стекла
Термическое разрушение стекла можно распознать, если начало трещины располагается под углом 90 градусов к краю и лицевой поверхности стекла. В зависимости от уровня приложенного напряжения, трещина может развиваться только на несколько миллиметров, прежде чем разветвиться или отклониться от основной линии. Поэтому угол в 90 ° у начальной трещины не всегда может быть очевидно виден с первого взгляда.
Поломки, вызванные термическим напряжением, можно классифицировать как разрушения при низком или высоком уровне напряжения. Разрушение при низком уровне характеризуется одной главной трещиной, медленно распространяющейся по стеклу, тогда как разрушение при высоком напряжении обозначается первичной трещиной, от которой расходятся несколько ответвлений на небольшом расстоянии.
Что вызывает термическое напряжение?
Как уже упоминалось, термическое напряжение возникает из-за разных температур в различных частях стеклянной панели. Среди основных причин, приводящих к таким температурным различиям, можно выделить поглощение солнечной энергии. Часть стекла, которая подвергается солнечному свету, нагревается, в то время как другая его часть, скрытая в тени, остается относительно холодной.
Горячее стекло увеличивается в объеме, тогда как более холодная его часть остается статичной. Если температура холодной области стекла недостаточна для сопротивления усилиям, возникающим от расширяющейся горячей части, это приводит к ее разрыву. Исследования, проведенные компанией Пилкингтон, показали, что на каждую градусную разницу температур между краем и центром стекла в материале возникает напряжение порядка 0,62 МПа. Следовательно, при температурной разнице в диапазоне 20-30 °C создается напряжение примерно от 12 до 19 МПа, что превышает расчетное напряжение, свойственное ветровой нагрузке!
Термошок
При неравномерном нагреве и охлаждении стекла может происходить его разрушение, особенно когда разница температур превышает 40° C. Причиной этому может служить локальное затемнение поверхности стекла, использование стекла слишком темного цвета или близость к источникам тепла, например радиаторам. В случае термошока трещина будет начинаться строго под прямым углом от края стекла. Закаленное стекло при нормальных условиях эксплуатации термошоку не подвержено.
Однако одной из причин саморазрушения закаленного стекла является наличие металлических частиц, таких как сульфид никеля (NiS), которые могут быть случайно включены в стекломассу в процессе производства флоат-стекла. В процессе закалки в местах, где находятся такие частицы, возникают большие внутренние напряжения. Со временем это может привести к разрушению закаленного стекла. Хотя это явление происходит достаточно редко, для предотвращения данного эффекта рекомендуется применение процедуры искусственного старения (HST).
Если у вас возникли вопросы о производстве и использовании стекол, вы можете обратиться к нам по адресу tac@larta.com. Наша служба технической поддержки предоставит оперативный ответ на ваши запросы.
Фотографии предоставлены автором.
Фото обложки: @engin akyurt
Саморазрушение закаленного стекла из-за частиц NiS
Согласно ГОСТ EN 14179-1-2015 п. 3.1 (Стекло закаленное термовыдержанное. Технические требования) закаленное стекло обладает потенциальной вероятностью спонтанного саморазрушения. Причиной этого эффекта является наличие микрочастиц сульфида никеля NiS в стекломассе.
Для снижения риска саморазрушения рекомендуется проводить тестирование закаленного стекла на термовыдержку — процедура Heat soak test.
Текущие нормативные документы, касающиеся закаленного стекла, не рассматривают спонтанное разрушение, вызванное наличием сульфида никеля, как брак. Частьцы NiS являются естественной примесью, которая присутствует в процессе производства стекла и может привести к саморазрушению закаленного стекла в определенных условиях. Эти микрочастицы слишком маленькие, чтобы их можно было обнаружить существующими методами контроля качества.
На свойства обычного листового стекла наличие частиц NiS не оказывает никакого влияния. Однако при тепловом воздействии в процессе закалки сульфид никеля меняет свою кристаллическую структуру. В результате на выходе в закаленных стеклах могут обнаруживаться микрочастицы NiS в термодинамически неустойчивой форме. Переход в устойчивую форму при низких температурах может происходить случайным образом от нескольких минут до нескольких лет после выхода первого экземпляра из печи закалки.
В конечном счете, закаленное стекло может разрушиться, взрываясь — лопаясь особым образом без видимых причин.
Как предотвратить
Для снижения вероятности саморазрушения закаленного стекла возможно применение теста термовыдержки (heat soak test). Стекло помещают в специальную камеру, где его температура повышают до 280°С и выдерживают в течение нескольких часов. В ходе этого процесса частицы сульфида никеля успевают перейти в устойчивую к низким температурам форму. В результате все изделия со сульфидом никеля разрушаются в процессе тестирования.
В настоящее время в стандарте используются следующие термины с соответствующими определениями:
3.1) Закаленное термовыдержанное натрий-кальций-силикатное безопасное стекло (heat soaked thermally toughened soda lime silicate safety glass) — это стекло, в котором остаточные поверхностные напряжения создают повышенную прочность к механическим и термическим нагрузкам, а также определенный характер разрушения, в связи с наличием остаточного риска спонтанного разрушения из-за включений сульфида никеля (NiS).
3.2) Уровень остаточного риска (level of residual risk) — риск спонтанного разрушения закаленного термовыдержанного натрий-кальций-силикатного безопасного стекла на основе статистических данных, который не должен превышать одну поломку на 400 тонн закаленного термовыдержанного натрий-кальций-силикатного стекла.
Сульфид никеля: причина самопроизвольного разрушения закаленного стекла
Опасным моментом при производстве флоат-стекла является вероятность наличия различных примесей в стекломассе. Несмотря на то, что современные технологии позволили минимизировать такие случаи, полностью исключить наличие посторонних включений пока не представляется возможным. В некоторых стеклах могут обнаруживаться микроскопические вкрапления сульфида никеля (NiS).
Хотя это не представляет опасности для обычного стекла, во время закалки, когда стекло подвергается интенсивной термообработке, частички сульфида никеля увеличиваются в объеме. Когда происходит резкое охлаждение стеклянной панели после нагрева, частицы не успевают вернуть общее состояние, застывая с увеличением объема на 2-4%. Это создает заключительное напряжение в стекле.
Данная ситуация может напоминать бомбу с замедленным действием. Наличие сульфида никеля невозможно визуально определить или выявить каким-либо другим способом. Стекло может быть установлено в оконный блок и функционировать в течение достаточно долгого времени — возможно даже несколько лет. Однако, под действием солнечного света или других внешних факторов, частицы сульфида никеля начинают снова увеличиваться в объеме, что ведет к росту внутренних напряжений и, в конечном счете, разрушению стекла.
Для предотвращения саморазрушения закаленного стекла, вызванного присутствием сульфида никеля, рекомендуется применять испытание на тепловую выдержку (Heat Soak Test, HST).
Эта процедура особенно актуальна для закаленного стекла, которое будет установлено в сложных условиях, когда монтажные работы после завершения строительства будут затруднены и дорогостоящи (например, требующие согласования, использование спецтехники и так далее). Также обязательным будет применение данной процедуры, если стекло планируется устанавливать на значительной высоте для обеспечения безопасности находящихся внизу людей.
Технология испытания заключается в разогреве закаленного стекла до температуры 290°C и выдержке при этой температуре на определенный промежуток времени, который зависит от толщины стекла и его типа.
Как показали испытания, стекло, содержащее сульфид никеля, при проведении этой процедуры разрушается в 99% случаев. Лишь те стекла, которые успешно прошли термовыдержку, попадают к клиентам, и, таким образом, можно с высокой степенью уверенности утверждать, что они не разрушатся после установки.
Несмотря на то что испытание на тепловую выдержку повышает стоимость стекла, разрушение из-за сульфида никеля встречается крайне редко. Поэтому мы не можем рекомендовать эту процедуру повсеместно в проектах, где предполагается использование закаленного стекла, однако информируем о возможных рисках.
Явление интерференции: появление несмываемых полос на стекле
Иногда на закаленном стекле можно заметить цветные параллельные или концентрические полосы, пятна и другие фигуры. Как правило, их видно только под определенными углами при конкретных условиях — например, когда солнечные лучи падают под острым углом или при поляризованном свете.
В процессе закалки стекло сначала подвергается нагреву, а затем охлаждению. Этот процесс технически не может быть выполнен с абсолютной равномерностью, из-за чего в самом стекле образуются неоднородные напряжения — анизотропия. Когда свет проходит через стеклопакет, он многократно отражается от параллельных внутренних и внешних поверхностей стекол, создавая сложные эффекты наложения. В результате на стекле наблюдаются полосы или пятна — так называемые полосы Брюстера.
Современные линии по закалке обеспечивают более равномерный процесс нагрева и охлаждения стекла, что в свою очередь способствует снижению вероятности возникновения анизотропии. Тем не менее, проблема по-прежнему актуальна. Интерференция света, возникающая вследствие анизотропии, не ухудшает физических характеристик стекла и может рассматриваться как эстетический недостаток, который проявляется лишь в определенных обстоятельствах.
Согласно российским (ГОСТ 24866-2014 «Стеклопакеты клееные строительного назначения. Технические условия»; ГОСТ 30698-2014 Стекло закаленное. Технические условия) и европейским (EN 12150) стандартам, возникновение интерференции не считается дефектом стекла и не является основанием для подачи претензий со стороны клиентов.
Тем не менее, производители стекла активно внедряют новые технологии и запускают современные линии закалки, чтобы минимизировать появление неоднородных напряжений.
Производители светопрозрачных конструкций, использующих закаленное стекло, должны уделять должное внимание проектированию. Необходимо учитывать такие факторы, как климатические условия, угол расположения конструкций, возможность поляризации и так далее.
Специалисты отмечают, что явление интерференции, вызванное анизотропией, наиболее ярко проявляется на объектах, расположенных вблизи моря в течение двух-трех часов перед закатом. Таким образом, при проектировании светопрозрачных конструкций необходимо учитывать это явление, и возможные последствия, связанные с временным снижением эстетики внешнего вида в определенных условиях, должны быть донесены до заказчика.
Несмотря на то что явление интерференции, возникающее из-за анизотропии (полосы Брюстера), часто подвергается путанице с радужными разводами (кольцами Ньютона), возникающими на стекле из-за слипания стекол в стеклопакете, они представляют собой две совершенно разные проблемы. Ржавые разводы негативно влияют на теплоизоляционные свойства конструкции и могут возникнуть как в результате ошибок в сборке, так и из-за нарушения правил транспортировки и монтажа. Стеклопакет, в случае появления колец Ньютона, подлежит замене.
Технологический процесс производства листового стекла существует уже более века, но он все еще не достиг идеала. Поэтому активно внедряются новые методы, вносятся изменения и усовершенствуется оборудование, что позволяет снижать частоту возникновения вышеописанных негативных явлений. Тем не менее, до тех пор, пока существующие проблемы не будут решены полностью, мы считаем важным информировать наших клиентов о наличии таких рисков.
