灶具玻璃面板爆裂成因的探討

林力 李智勇

國(guó)家燃?xì)庥镁弋a(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（佛山）

一、引言

家用燃?xì)庠钭鳛橐环N最常見的廚房烹飪器具，引進(jìn)中國(guó)已經(jīng)有40年。上世紀(jì)八九十年代后期隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)起飛，灶具行業(yè)也得到蓬勃發(fā)展，產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)、材料、功能、工藝等方面都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，功能更加多樣化的同時(shí)，性能也得到了很大的提高。灶的結(jié)構(gòu)形式由以臺(tái)式灶為主變成臺(tái)式、嵌入式兩種結(jié)構(gòu)旗鼓相當(dāng)，同時(shí)面板材料逐漸多樣化，除了傳統(tǒng)的不銹鋼以外，出現(xiàn)不粘油金屬、鋼化玻璃以及陶瓷等面板。這些新式材料和結(jié)構(gòu)，在引領(lǐng)了灶具的消費(fèi)潮流的同時(shí)，也帶來了一些新的質(zhì)量問題，如鋼化玻璃面板的爆裂。使用鋼化玻璃面板的灶具由于其美觀大方、易于清潔等優(yōu)點(diǎn)，深受消費(fèi)者的喜愛，近年來市場(chǎng)占有率逐年提升。玻璃面板灶具的保有量快速上升的同時(shí)，一些與之相關(guān)的質(zhì)量事故也開始頻頻現(xiàn)于報(bào)端，中間甚至偶爾有知名企業(yè)的產(chǎn)品。

雖然家用燃?xì)庠罹邍?guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)玻璃面板的安全性有考核，但灶具玻璃面板發(fā)生爆裂與多種因素有關(guān)，如面板是否偷工減料，是否遭受重物沖擊，是否安裝使用不當(dāng)?shù)?。因此有必要?duì)面板爆裂的成因做進(jìn)一步研究，剖析風(fēng)險(xiǎn)源頭，以期提出合理化的風(fēng)險(xiǎn)處置策略和措施，在保護(hù)消費(fèi)者安全的同時(shí)，推動(dòng)企業(yè)和行業(yè)的健康發(fā)展。

二、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定和成因的初步分析

（一）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)規(guī)定

對(duì)于玻璃面板不能破裂，現(xiàn)行灶具國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 16410-2007《家用燃?xì)庠罹摺分幸?guī)定對(duì)鋼化玻璃面板進(jìn)行耐熱沖擊和耐重力沖擊試驗(yàn)。耐熱沖擊試驗(yàn)要求在常溫狀態(tài)下，用500 g熔化的金屬錫（232℃）澆在玻璃灶面幾何中心點(diǎn)，20 s后用20℃±5℃的冷水500 mL澆注灶面幾何中心點(diǎn)，重復(fù)做5次后檢查有無破裂。耐重力沖擊試驗(yàn)則要求在常溫狀態(tài)下，用質(zhì)量1800 g、直徑φ120 mm、底部圓角R10 mm、表面光滑的圓鋼餅，從距安裝狀態(tài)的灶面幾何中心點(diǎn)正上方200 mm處底部向下水平自由落下，重復(fù)做10次。

2002版行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 157-2002《家用燃?xì)庠罹哂猛繉愉摶Ａ姘濉烦艘陨蟽蓷l，還規(guī)定對(duì)玻璃面板進(jìn)行耐溫差試驗(yàn)。該試驗(yàn)要求在常溫狀態(tài)下，用直徑30cm的平底鍋，在鍋內(nèi)加食用植物油，總重量為10kg，加溫到高于室溫120℃后，放在玻璃灶面板的中心，停留5min后檢查有無破裂。而2017版行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 157-2017刪除了上述耐溫差試驗(yàn)，增加了耐冷沖擊試驗(yàn)。耐冷沖擊試驗(yàn)要求將試樣放入高溫箱中，從常溫升溫至200℃±3℃，在此溫度下保持不少于10min后，迅速取出平放在專用工裝上，用0.2L、20℃±5℃的水迅速倒在試樣的幾何中心，對(duì)試樣正面進(jìn)行3次試驗(yàn)。

以上測(cè)試除耐冷沖擊試驗(yàn)外均在常溫狀態(tài)下進(jìn)行，均未考慮結(jié)構(gòu)應(yīng)力等外部條件。按照上述標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，少有出現(xiàn)鋼化玻璃破裂的結(jié)果。但現(xiàn)實(shí)的使用環(huán)境遠(yuǎn)比實(shí)驗(yàn)室設(shè)計(jì)的測(cè)試要復(fù)雜。有必要進(jìn)行綜合考慮，探討玻璃面板爆裂的成因。

（二）鋼化玻璃面板自爆成因初析

灶具鋼化玻璃面板自爆不屬于常見事故，根據(jù)幾家大型企業(yè)的市場(chǎng)調(diào)查、事故反饋以及試驗(yàn)結(jié)果分析，主要由以下原因造成：①鋼化玻璃面板加工工藝不成熟、不完善造成有殘余應(yīng)力，在未有明顯撞擊或熱應(yīng)力使用條件下自然爆裂；②在使用過程中遇強(qiáng)大的機(jī)械沖擊，如遭受重物跌落而砸裂；③灶具安裝時(shí)由于傾斜、單邊或多邊固定而生產(chǎn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力，在受冷熱沖擊時(shí)破裂；④灶具燃燒異常，回火、偏火造成鋼化玻璃面板局部過熱，在熱應(yīng)力作用下玻璃面板自爆。

三、更多樣化的使用條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)成因分析，綜合考慮家用燃?xì)庠罹叩膶?shí)際使用情況，結(jié)合家用燃?xì)庠罹邍?guó)家標(biāo)準(zhǔn)和玻璃面板行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求和試驗(yàn)方法，將本次研究的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：

（一）耐冷熱沖擊

點(diǎn)燃灶具所有燃燒器并將燃燒器閥門開至最大，待燃燒器附近玻璃面板的溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后，將1L、10℃的水通過內(nèi)徑為10mm、管子底端高于玻璃面板200mm的漏斗，在20s內(nèi)倒于玻璃面板的中心處。改用5℃的水，重復(fù)以上試驗(yàn)。

（二）耐重力沖擊

將灶具安裝在水平測(cè)試臺(tái)上，用質(zhì)量為3000g，直徑120mm，底部圓角R10，表面光滑的圓鋼餅，從距安裝狀態(tài)的玻璃面板幾何中心點(diǎn)200mm高度自由下落，重復(fù)10次，觀察玻璃面板是否發(fā)生爆裂。

（三）耐溫差實(shí)驗(yàn)

用直徑30cm的平底鍋，在鍋內(nèi)加食用植物油，總重量為10kg，加溫到高于室溫150℃后，放在玻璃灶面板的幾何中心，停留5min，觀察玻璃面板是否發(fā)生爆裂。

（四）安裝角度實(shí)驗(yàn)

灶具按5°和10°傾斜角度安裝。點(diǎn)燃灶具所有燃燒器并將燃燒器閥門開至最大，待燃燒器附近玻璃面板的溫度達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)后維持1h，看玻璃面板是否會(huì)發(fā)生自爆。

按以上的角度安裝，重復(fù)耐冷沖擊和耐熱沖擊試驗(yàn)。

（五）固定安裝測(cè)試

灶具安裝在測(cè)試臺(tái)上，并用白水泥對(duì)玻璃面板進(jìn)行固定。對(duì)灶具面板進(jìn)行安裝角度試驗(yàn)。

（六）點(diǎn)應(yīng)力集中測(cè)試

按照產(chǎn)品說明書對(duì)灶具進(jìn)行安裝，并在面板下方灶臺(tái)面上放置一邊長(zhǎng)為5mm的等邊錐體。對(duì)灶具面板進(jìn)行固定安裝試驗(yàn)。

考慮到灶具行業(yè)市場(chǎng)保有量以大中型企業(yè)的產(chǎn)品為主，本系列測(cè)試選用一家大型企業(yè)（編號(hào)為HD）和一家中型企業(yè)（編號(hào)為HR）的產(chǎn)品各4臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，其中編號(hào)為HD3和HD4的樣品玻璃面板帶金屬包邊。

為了更好的模擬消費(fèi)者的使用狀態(tài)，使用大理石測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試臺(tái)按照灶具包裝內(nèi)提供的開孔尺寸開孔。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

表1是系列實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果：

表1 系列實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果

測(cè)試結(jié)果顯示，進(jìn)行點(diǎn)應(yīng)力集中測(cè)試時(shí)，在傾斜角度為10°并固定安裝狀態(tài)下進(jìn)行5℃水的耐冷熱沖擊，編號(hào)為HD4的嵌入式灶玻璃面板發(fā)生了爆裂。爆裂狀態(tài)見圖1。

圖1 編號(hào)為HD4的樣品玻璃面板自爆圖

編號(hào)為HD4的樣機(jī)是一臺(tái)有金屬包邊的天然氣灶。為了進(jìn)一步了解為何是這臺(tái)樣品發(fā)生爆裂，我們測(cè)量了這個(gè)安裝狀態(tài)下4臺(tái)使用天然氣的灶具在冷態(tài)和熱態(tài)下的面板尺寸，結(jié)果見表2。

表2 部分樣機(jī)玻璃面板在冷態(tài)和熱態(tài)下的尺寸

測(cè)試結(jié)果表明，不包邊的鋼化玻璃面板的受熱膨脹普遍在0.18mm～0.22mm，而有金屬包邊的面板其受熱膨脹僅有0.02mm～0.06mm。由于膨脹受到約束，包邊玻璃面板在受熱狀態(tài)下的內(nèi)部應(yīng)力會(huì)比較大，尤其是四個(gè)角區(qū)受點(diǎn)應(yīng)力更為集中，內(nèi)部應(yīng)力更大。這種狀態(tài)下受到5℃冰水的冷沖擊，玻璃面板發(fā)生爆裂比較符合預(yù)期。可見金屬包邊的玻璃面板雖然保證玻璃在發(fā)生爆裂的時(shí)候不會(huì)發(fā)生飛濺，但卻增加了面板發(fā)生自爆的可能性。

考慮到嵌入式灶要定期更換電池，制造商并不建議用戶使用水泥一類的建筑材料對(duì)灶具進(jìn)行加固，一般情況下（灶臺(tái)殘破的情況除外）用戶也不會(huì)對(duì)灶具進(jìn)行額外加固。假定使用水泥加固的概率為1%。，灶臺(tái)傾斜發(fā)生的概率為1%，發(fā)生點(diǎn)應(yīng)力集中的概率為10%。另根據(jù)媒體曝光的案例描述，發(fā)生玻璃面板自爆的事故中，約有33.3%實(shí)質(zhì)性的造成了用戶的身心損傷。則造成用戶受到傷害（包括受到驚嚇）的玻璃面板自爆事故發(fā)生的概率為3.33×10-6，可見其可能性是極低的。不過這個(gè)結(jié)論僅適用于大中型企業(yè)的產(chǎn)品，對(duì)于小微企業(yè)甚至是假冒偽劣產(chǎn)品，由于其采用的玻璃面板質(zhì)量良莠不齊，面板厚度偷工減料，加工工藝落后等原因，生產(chǎn)出來的產(chǎn)品甚至不能通過行標(biāo)和國(guó)標(biāo)的測(cè)試，在實(shí)際使用中發(fā)生爆裂的可能性會(huì)大大增加。

五、結(jié)束語

根據(jù)結(jié)果分析結(jié)合已知案例分析可知，灶具玻璃面板發(fā)生爆裂與企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)有缺陷、灶具安裝不規(guī)范、消費(fèi)者使用不當(dāng)?shù)鹊亩加幸欢P(guān)系。

作為產(chǎn)品質(zhì)量的主要責(zé)任者，企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)時(shí)，更多地考慮了外觀因素，而對(duì)其安全因素考慮不全。本次檢測(cè)唯一發(fā)生了面板自爆的灶具就是一款帶金屬包邊的產(chǎn)品。玻璃面板帶金屬包邊更加美觀，更顯檔次，企業(yè)能夠賣到更好的價(jià)錢，但由于產(chǎn)品在釋放應(yīng)力方面的先天不足，當(dāng)遇到惡劣的使用環(huán)境時(shí)就會(huì)首先出現(xiàn)問題?？梢娖髽I(yè)過分追求利潤(rùn)，對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)考慮不全面是玻璃面板發(fā)生爆裂一大主因。

其次是安裝環(huán)節(jié)。現(xiàn)在國(guó)內(nèi)對(duì)燃?xì)饩哌€沒有強(qiáng)制由專業(yè)人士安裝的制度，對(duì)于專業(yè)性和安全性要求很高的燃?xì)饩咝袠I(yè)來說，這方面的標(biāo)準(zhǔn)和制度的缺失，導(dǎo)致了后續(xù)安裝施工的無序，容易出現(xiàn)安裝不規(guī)范甚至錯(cuò)誤安裝的情況，導(dǎo)致危險(xiǎn)的產(chǎn)生。

消費(fèi)者使用方面，由于消費(fèi)者缺乏相關(guān)的安全知識(shí)，導(dǎo)致了在烹調(diào)過程中對(duì)灶具造成一些不必要的冷熱沖擊和重力沖擊，或者是對(duì)燃燒器造成污染堵塞；在產(chǎn)品的選購方面過分看重灶具產(chǎn)品是否易于清潔和是否美觀等指標(biāo)，甚至為了省錢而選購劣質(zhì)的灶具產(chǎn)品，忽視其可能帶來的爆裂風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，灶具發(fā)生玻璃面板爆裂的現(xiàn)象是比較罕見的，尤其是知名品牌和大中型企業(yè)的產(chǎn)品，但一旦發(fā)生則可能造成人身傷害，因此應(yīng)該從生產(chǎn)、采購和使用等方面盡量避免。希望本文的研究能給同行的研發(fā)人員提供借鑒，為消費(fèi)者選購灶具產(chǎn)品提供參考。