钢化应力斑成因探讨及观测、改善方法的探索
钢化应力斑成因探讨及观测、改善方法的探索
上海耀皮玻璃集团股份有限公司 黄 辉
一、引言
钢化应力斑现象是钢化玻璃的特征。在钢化以及半钢化玻璃的制造过程中，玻璃被加热到650℃以上临近玻璃的软化点后，用一定风压流量的压缩空气作用于玻璃的表面，从而对玻璃进行迹火冷却，在玻璃享度的中央区域造成拉应力，相应地在玻璃的表面产生压应力，玻璃内部的应力差异以及密度差异，致使在偏振光线或部分偏振光线条件下，出现偏振光的干涉现象（双折射现象），从而在玻璃表面出现明暗的条纹现象，即钢化玻璃的应力斑纹。普通钢化玻璃在自然光线下很难观察到应力斑，但随着幕墙玻璃配置越来越复杂，单元产品往往需要钢化、夹层、镀膜乃至中空等多种处理，并集成复合了3块以上玻璃，最终上墙产品的多块玻璃应力斑极易相互叠加，使应力斑在自然光下显现，造成外观效果不佳。虽然目前国内外标准将钢化应力斑定性为正常现象，但客户从自身出发往往并不愿意去理解玻璃上的应力斑纹现象并误判为质量问题范畴，造成与加工厂商的矛盾。为保障完美的产品外观效果，应力斑纹现象是玻璃深加工行业需要加强认识、研究并最终解决的一道坎。本文从实验与实例出发，探讨应力斑的成型原因，观测改善办法，希望还更多玻璃以本来颜色。
二、应力斑的成型原因及观测、改善办法（1）应力斑的成型原因
钢化工艺过程可分为加热段与冷却段，应力斑的成型原因就隐藏在这两段之中，为考察两段对钢化应力斑的影响效果，本文采取了一些实验来分别验证。在实验冷却段的过程中，保持热段投料位置、
观测、改善方法的探索
各类参数不动、相同尺寸玻璃连续投片条件下，改变冷段的各类参数并没有对应力斑纹的轻重、位置、花样造成太大影响。在实验加热段的过程中参数的改变则会对应力斑起到很大的影响，加热段的状态决定了应力斑的表现形式。
为量化加热段温度对应力斑的影响，设计了下列实验。首先在成熟工艺下，在有效载宽2.8米的钢化炉正中位置连续投放宽度1.4米的玻璃，炉内中心位置1.4米宽度内由于玻璃带走热量，形成了低温区，而炉内两侧0.7米宽度内因热量无法消耗持续累积成高温区，具体效果如图1所演示，图中蓝色区域演示低温红色演示高温。
人为造成钢化炉内温度分布不均匀后，分别紧靠两侧高温区投料两块1.4米玻璃，使实验玻璃在炉内受热不均。实验玻璃效果如图2所示：靠左右两边投料受热不均的玻璃在受热更高的区域都出现了集中的应力斑，而中间投料的玻璃受热均匀，并无明显团聚的应力斑纹。该实验表明受热不均匀是应力斑的成因且应力斑集中于玻璃温度较高处。
如何防患未然，及早表征应力斑的情况是解决应力斑工作的重中之重。主要观测方式有两种：①使用偏振光肉眼观测。该方法较复杂，需要设计灯箱与架设大块偏振光屏障，改灯光为偏振灯光，在反射或透射情况下即可裸眼观测玻璃，优点为无需自然光，夜间可操作。②使用偏振光眼镜自然光下观测。该方法较简单，在自然光、黑背景下带偏光镜片即可准确观察应力斑花样，但依赖外界光线条件太强太弱均无法进行观测。
（3）钢化应力斑改善办法
通过实验，了解到钢化过程中玻璃局部过热会造成明显的应力斑团聚，而在实际案例中，大部分应力斑会集中到玻璃的正中间（如图3所示），认识什么样的条件会造成玻璃中心过热是改善应力斑的关键。本文提出了中间有应力斑纹现象的玻璃在钢化炉内变化过程的假想与推理如图4所示。
如图4a，玻璃进预热段后，下部接触高温辑道受热传导与热辐射作用，受热快于受热辐射作用的上部（如有吹风功能，则有热对流作用），使下部热膨胀大于上部，玻璃向上翘曲变形，造成中部受热高于其他区域；如图4b与4c，玻璃保持上翘形态完成预热进入加热段，受上翘影响，玻璃中部继续接触辊道，受热更加充分，中部温度继续增高；如图4d，玻璃整体温度到位，软化并恢复平整，继而出炉，但中部温度依然高于四边，冷却后，原高温区应力集中，产生应力斑。
该工艺问题在于玻璃在炉内直至软化前一直保持四边上翘形态，导致玻璃中间部分充分接触高温辊道，温度过高。冷却时，应力集中原高温区域，形成应力斑。在此假想基础之上，做工艺改进如图5
所示。
如图5a所示，玻璃进炉必然接触辊道，下部受热传导与热辐射作用，受热快于受热辐射作用的上部，四边上翘无法避免，但降低下部温度可减轻上翘程度；如图5b所示，通过工艺调整，使玻璃上部受热快于下部，进而上部膨胀大于下部，完成上翘至下弯的变形过程，并保持至预热段结束；如图5c 所示，通过工艺调整，使玻璃在加热段到达软化温度前，尽量保持下弯形态；如图5d所示，玻璃软化，恢复平整，此时需尽快出炉，保持中间温度均匀并低于四边。
通过演示调整、生产出的玻璃与图4工艺下的玻璃对比如图6所示，通过对比，中部不再见团聚成型的应力斑花样，改善效果非常明显。
三、结论
本文通过探讨应力斑的的成型原因及观测、改善方法，阐述了以下观点：①应力斑成型于钢化炉内玻璃受热偏高的区域；②可通过偏振光设备或偏振光镜片充分表征应力斑，防患于未然；③玻璃上下受热不均时会膨胀变形，通过工艺手段可控制玻璃变形的方式以消除常见的中部区域应力斑团聚现象。