薄玻璃物理鋼化抗沖擊性能研究

胡壯 李茂剛

（中建材（宜興）新能源有限公司 宜興 214200）

0 引言

為了保證冰雹自然狀態(tài)下沖擊光伏玻璃不破碎，必須確保光伏玻璃有較好的抗沖擊性能。目前比較常見的增強(qiáng)玻璃強(qiáng)度的方法是將玻璃鋼化。物理鋼化相比化學(xué)鋼化法經(jīng)濟(jì)，本次實(shí)驗(yàn)采用物理鋼化法。田密等［1］研究了光伏壓延玻璃表面開口氣泡和花紋深度等原片因素對抗沖擊性能的影響，這對原片的生產(chǎn)提供了一定的指導(dǎo)意義，但其未充分考慮到深加工對抗沖擊性能的影響因素，且使用的玻璃厚度為3.2 mm。

本文通過調(diào)整鋼化爐相關(guān)參數(shù)與使用不同窯爐的原片來研究2.5 mm鋼化玻璃抗沖擊性能的影響因素。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 樣品制備

實(shí)驗(yàn)用原片均為光伏壓延玻璃，規(guī)格為1696 mm×975 mm×2.5 mm，進(jìn)爐時壓花面朝下放置，實(shí)驗(yàn)用鋼化爐為水平連續(xù)式鋼化爐（加熱段長42 m），采用單因素試驗(yàn)方法，探究加熱時間、溫度曲線、玻璃間距等鋼化工藝參數(shù)與原片質(zhì)量對2.5 mm光伏壓延玻璃抗沖擊性能的影響。測試原片條紋缺陷樣片制樣方法按照劉世民［2］所述，每次實(shí)驗(yàn)進(jìn)20片光伏壓延玻璃，前面的玻璃用于壓爐，取后6片進(jìn)行測量。

1.2 測試及表征

鋼化后玻璃抗沖擊強(qiáng)度測試采用1 040 g鋼球，落球高度為800 mm，原片落球采用227 g鋼球，300 mm起落，落破為止，沖擊面均為絨面，每次測試6片，每種實(shí)驗(yàn)均測試三組；波形度、彎曲度及應(yīng)力按GB 15763.2—2005［3］要求測試，其中波形度采用塞尺測量，本文波形均指塞尺厚度；應(yīng)力采用應(yīng)力儀（SCALP-05）測量；原片條紋缺陷采用YTF-2019T型玻璃條紋圖像分析儀分析，彎曲度通過調(diào)整上下風(fēng)柵高度使其保持在合格范圍之內(nèi)。

1.3 條紋檢測

條紋是玻璃主體內(nèi)存在的異類玻璃態(tài)夾雜物，它是一種普遍的玻璃不均勻性的缺陷，它在化學(xué)組成與物理性能上與主體玻璃不同。其檢測原理是一束平行光通過折射率不同的物體時會產(chǎn)生光程差。

2 結(jié)果與討論

2.1 加熱時間的影響

鋼化爐其它參數(shù)不變，將加熱時間分別設(shè)置成110 s、115 s、117 s、120 s測試相關(guān)性能。不同加熱時間的測試結(jié)果如表1所示。

表1 不同加熱時間測試結(jié)果

由表1可知加熱時間越長波形越大，落球也越好。最好的結(jié)果為落球6破2，其波形為0.5 mm。這是因?yàn)榧訜釙r間越長，玻璃內(nèi)外溫度越高，溫度越高越有利于玻璃的應(yīng)力松弛。因我司波形要求控制在小于0.5 mm，所以后續(xù)實(shí)驗(yàn)將玻璃波形控制在0.4 mm。

2.2 溫度的影響

2.2.1 溫度曲線的影響

為使玻璃中心溫度盡可能高而又使玻璃外部溫度不至于過高，設(shè)置了山形加熱曲線與傳統(tǒng)的爬坡曲線進(jìn)行對比。通過調(diào)節(jié)加熱時間控制波形度相同，其余工藝相同。爬坡加熱、山形加熱曲線如圖1和圖2所示。

?

不同加熱曲線的測試結(jié)果如表2所示。由表2可知，山形加熱曲線落球結(jié)果優(yōu)于爬坡曲線，但是工藝并不穩(wěn)定。

表2 不同加熱曲線測試結(jié)果

2.2.2 溫度高低的影響

初始溫度如表3所示，初始加熱時間為120 s，波形為0.4。將整體溫度每次升10 ℃，升三次，工藝參數(shù)分別記為A、B、C、D。通過調(diào)整加熱時間將波形控制在0.4，風(fēng)壓不變。

表3 鋼化爐溫度參數(shù) 單位：℃

加熱溫度高低的測試結(jié)果如表4所示。

表4 加熱溫度高低測試結(jié)果

由表4可知，溫度越高，落球結(jié)果越好，原因是加熱溫度越高玻璃內(nèi)部溫度越高［4］。這與苗向陽［5］研究的光伏玻璃傳熱結(jié)果相符合。但D工藝并不穩(wěn)定，生產(chǎn)一段時間后再測落球變差，且D工藝溫度過高使設(shè)備損耗加劇。

2.3 玻璃間距的影響

以8片/min進(jìn)爐節(jié)拍調(diào)整玻璃間距，其余參數(shù)不變，不同玻璃間距的測試結(jié)果如表5所示。未發(fā)現(xiàn)玻璃間距與抗沖擊性能有明顯關(guān)系。

表5 不同玻璃間距測試結(jié)果

2.4 鋼化次數(shù)對抗沖擊性能的影響

以爬坡曲線工藝生產(chǎn)，進(jìn)40片玻璃，第15～20片玻璃測試。取20片鋼化后的玻璃再次放入鋼化爐，工藝不變，取后6片玻璃測試。不同鋼化次數(shù)的結(jié)果如表6所示。

表6 不同鋼化次數(shù)測試結(jié)果

由表6可知，一次鋼化應(yīng)力大于二次鋼化應(yīng)力，但落球結(jié)果較二次鋼化結(jié)果差，且發(fā)現(xiàn)二次鋼化后長度縮短2 mm，寬度縮短1 mm，厚度基本不變。因此二次鋼化落球結(jié)果好于一次鋼化的原因可能是二次鋼化后密度高于一次鋼化后的密度，也有可能是二次鋼化后玻璃表面微裂紋在第一次鋼化收縮［4］的基礎(chǔ)上再次收縮。

2.5 出爐速度對抗沖擊性能的影響

按爬坡曲線生產(chǎn)，出爐速度設(shè)置不同，其余參數(shù)不變。不同出爐速度的測試結(jié)果如表7所示。

表7 不同出爐速度測試結(jié)果

由表7可知，出爐速度與落球無明顯關(guān)系，但對波形的影響較大，波形最小為0.3 mm時玻璃出爐速度為650 mm/s；波形最大為0.45 mm其出爐速度為750 mm/s?？傮w是先減小后增大的趨勢。

2.6 風(fēng)壓對抗沖擊性能的影響

按爬坡曲線生產(chǎn)，調(diào)整高壓段風(fēng)壓其余參數(shù)不變。不同風(fēng)壓的測試結(jié)果如表8所示。

表8 不同風(fēng)壓測試結(jié)果

由表8可知，最適合的風(fēng)壓為19 kPa，其應(yīng)力為104.6 MPa。整體趨勢是隨著風(fēng)壓增大落球變好，大到某一程度后落球變差，此結(jié)果與劉志海等［6］描 述相吻合。據(jù)翟守元［7］的研究鋼化玻璃外表面最大壓應(yīng)力是其中心面最大張應(yīng)力的兩倍。玻璃表面壓應(yīng)力越大則中心所受張應(yīng)力越大，而玻璃抗張能力較差導(dǎo)致落球結(jié)果較差。

2.7 原片均勻性的影響

采用料方相同、窯爐不同的3種原片（分別記為A、B、C）進(jìn)行條紋檢測，檢測結(jié)果如圖3所示。原片落球結(jié)果如表9所示。

表9 原片測試結(jié)果

從表9中可以看出，落球結(jié)果A好于B好于C。

從圖3中可以看出，A玻璃的端面條紋缺陷最少, 即均勻性最好，其次是B玻璃，C玻璃的條紋缺陷最多。結(jié)合表9與圖3可知，條紋缺陷越少，落球結(jié)果越好。將A、B、C三種玻璃在同一條件下鋼化后進(jìn)行測試，測試結(jié)果如表10所示。

表10 不同原片測試結(jié)果

由表10可知，A玻璃落球結(jié)果最好，其次是B玻璃，最后是C玻璃，即落球結(jié)果與條紋檢測結(jié)果相對應(yīng)。

3 結(jié)論

通過用不同原片與調(diào)整鋼化爐相關(guān)參數(shù)并用塞尺、應(yīng)力儀和鋼球等工具測量了相關(guān)性能，研究了抗沖擊性能的影響因素。發(fā)現(xiàn)：

（1）加熱時間越長抗沖擊性能越好；山形高溫曲線抗沖擊性能較好，但穩(wěn)定性較差；溫度越高抗沖擊性能越好，但對鋼化爐損害較大；

（2）玻璃間距對抗沖擊性能影響較?。怀鰻t速度對抗沖擊性能影響較小但對波形影響較大；

（3）二次鋼化抗沖擊性能優(yōu)于一次鋼化，但尺寸會發(fā)生變化；

（4）風(fēng)壓過大過小抗沖擊性能都不好；

（5）條紋缺陷越少落球越好。

本文豐富了光伏薄玻璃的鋼化相關(guān)知識，闡明了不同原片質(zhì)量、鋼化工藝對玻璃抗沖擊性能有較大的影響。