彈性玻璃的可能與必然

【摘要】在2000年世界平板玻璃的總產(chǎn)量已達3450萬噸，而我國大陸的產(chǎn)量已達950萬噸，人均年產(chǎn)量達到7.5千克，比世界人均產(chǎn)量的5.7千克高出31%?？萍嫉倪M步，人們生活水平的提高對我們的要求越來越高。人們不再只是要求玻璃簡單的透光，而是追求玻璃的安全性、舒適感?！皬椥圆ＡА彪m然目前沒有應用到各個領域，但是憑借其能克服易碎的特點，必然會引起玻璃事業(yè)的創(chuàng)新與改革。它的提出不是憑空想象，而是在玻璃本身的基礎上對玻璃性能的期望，也是解決玻璃易碎缺點的有效方法。

【關鍵詞】易碎；彈性；破裂；扎傷；新材料

時至今日，玻璃已滲入我們生活的方方面面。在1959年，加州理工學院Duwez教授研究組才首次制備出了Au-Si金屬玻璃。起初，人們無法接受這一合金。但是玻璃以其獨特的高度透明性、機械強度高、重量輕、易于加工等優(yōu)點打入建筑業(yè)、交通運輸業(yè)、航空航天等重要行業(yè)。但是，在每次事故中，玻璃易碎的缺點都表現(xiàn)地淋漓盡致。2011年4月，深圳的百富大廈玻璃幕墻爆裂事件頻發(fā)，同年5月18日，上海市在一天內發(fā)生3起高樓玻璃幕墻墜落事件。在我們日常的生活中，玻璃就像禁忌一樣，可遠觀而不可褻玩焉?，F(xiàn)在玻璃技術的發(fā)展動向均偏向與世界的大走向，一是材料（原片的大、薄、厚、白），二是技術（高強、隔熱、耐火、安全、陽光控制、隔音、自潔等）。但是就克服玻璃易碎的缺點只是在強度方面進行了深入的研究。

隨著大家生活品質的提高，玻璃又有其透光的優(yōu)點，用于建筑的玻璃總量越來越多。像玻璃幕墻、玻璃屋頂越來越常見。而且隨著發(fā)展的要求，玻璃的強度也越來越高，但是在建筑中依然不可避免的會有玻璃的破碎。在房屋建筑中，玻璃的作用不是承重而是圍護。每次有建筑發(fā)生的時候，現(xiàn)場總是有許多玻璃碎片，這不僅是對玻璃的浪費，也加重了事故的危害。玻璃的破壞是由于外界作用于玻璃表層的張應力超過玻璃強度允許范圍，玻璃發(fā)生破裂；在熱的作用下，玻璃表面形成不均勻的溫度場，在玻璃中形成熱應力，當超過玻璃強度允許范圍時發(fā)生炸裂；安裝過程中受到損傷產(chǎn)生的裂紋引起的破裂以及地震、冰雪等因素作用引起的破裂或者炸裂。不難發(fā)現(xiàn)，破碎的玻璃有非常鋒利的棱，在掉落的時候還會劃傷甚至致亡。這是在追求玻璃強度的同時，忽略了玻璃的彈性甚至沒想到玻璃也是有彈性的。

毋庸置疑，玻璃的彈性是存在的。在初中物理實驗中就有證明玻璃具有彈性實驗。過程是這樣的在一個玻璃瓶中注滿水（最好是有顏色的），然后用塞子將瓶蓋住，再將一個透明吸管插入瓶中，在溫度不變的條件下對瓶子進行圍壓。不久就可以發(fā)現(xiàn)吸管中的液面升高。這表明玻璃瓶的體積發(fā)生了變化，也就證明了玻璃具有彈性。但是我們并沒有從玻璃的彈性出發(fā)去研究玻璃，而是一味的追求玻璃的強度、剛度。卻不曾研究增大玻璃的彈性，降低玻璃的脆性。

玻璃的彈性是可放大的，而且增大玻璃的彈性有利于擴大玻璃表層的強度。在初高中的化學中，我們認識到了，玻璃的主要元素是Si。純凈的石英玻璃的主要成分是SiO2，而我們用的普通玻璃的主要成分是硅酸鹽。我們根據(jù)自己需要，在制作玻璃的過程中加如一些有色金屬，制成有色玻璃；用高科技工藝侵蝕玻璃表面，制成噴砂玻璃；將玻璃表面鍍膜（新材料），制成低輻射玻璃；甚至利用電致變色原理制成的智能玻璃等等?？梢娍萍嫉陌l(fā)展促使著玻璃性能的提高，在玻璃的世界里沒有不能只有不敢想。新材料的發(fā)展更是不可小覷。材料也是在我們的身邊無處不見，甚至在我們看不到的地方發(fā)揮著無可替代的作用。如果研究一種新材料與硅酸鹽結合，通過新技術新工藝的調和，使得新制成的玻璃即具有普通玻璃的優(yōu)點又具有適宜的彈性，那么就可以從根本上克服普通玻璃的易碎的缺點。

彈性玻璃的使用可以像夾層玻璃（在兩塊玻璃之間夾進一層聚乙烯醇縮丁醛為主要成分的pvb中間膜）有效防止碎片扎傷和穿透墜落事件的發(fā)生，確保了人身安全。但是彈性玻璃只需像普通玻璃一樣一層即可，相比于夾層玻璃節(jié)約材料。在建筑業(yè)，尤其是玻璃幕墻發(fā)展極快的今天，彈性玻璃的使用可以減少因為撞擊和熱作用引起的溫度不均勻造成的玻璃破裂和炸裂。當然，在交通運輸業(yè)，即汽車玻璃，在有遮光防曬的作用基礎上增加彈性，那么事故發(fā)生時玻璃不破碎或者少許開裂，就會減少對人員的第二次傷害。在航空航天業(yè)，由于太空特殊的特殊環(huán)境，所以需要玻璃有特殊的功能，由于摩擦產(chǎn)生的熱容易引起溫度不均勻引起的炸裂，彈性的提高脆性的降低，使得允許的應力范圍得以提高，等等。

我國的國情需要各種行業(yè)的進一步發(fā)展，彈性玻璃的研究將與生態(tài)文明接軌。假想一下，一個玻璃杯摔在地上，與地撞擊的結果不是碎片而還是那個杯子，這就避免了浪費與污染；汽車發(fā)生相撞事故，車上的玻璃沒有破碎，那么就避免了碎片對車主的扎傷，減少車禍對車主的傷害；地震時，房屋一旦搖晃，玻璃便會破碎墜落，因為碎片小不受各種保障結構的阻礙，所以它是第一時間對正在逃生的人造成傷害的，如果玻璃是彈性的，那么隨著建筑結構的失穩(wěn)它也變形而不馬上墜落，這就為逃生減少了障礙。可見彈性玻璃的優(yōu)點主要表現(xiàn)在低浪費、低污染、低成本、低傷害等現(xiàn)實優(yōu)點，所以彈性玻璃的研究是必要的。彈性玻璃的研究將改善我們的玻璃環(huán)境，其應用所產(chǎn)生的社會價值和現(xiàn)實意義是不可估量的。

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作者簡介：

第一作者：商子軒（1993.03），女，河北石家莊人，鄭州大學土木工程學院2012級本科生，土木工程專業(yè)。

第二作者：聶平（1994.03），女，湖南常德人，鄭州大學土木工程學院2012級本科生，土木工程專業(yè)。