GLAS 1
/ teknik / Heat-Soak Test maskin. SPONTANGRANULER
ING Akilleshälen för termiskt härdat glas Text: Stefan Karlsson, RISE Glas Närstudie av härdat glas. A 54 GLAS 4.2017 / teknik/ Alla som har läst Homeros epos Iliaden känner till Akilles, den grekiska mytologins störste hjälte som dessvärre hade en sårbar punkt, akilleshälen. Termiskt härdat glas är nästintill en perfekt produkt där man får både ett starkare glas och ett betydligt säkrare glas genom den karaktäristiska sprickbildningen som ger kantiga glasbitar som inte är så vassa och som ofta kallas granuler. Det är också en förhållandevis billig produkt. Termiskt härdat glas har dock en akilleshäl, som forskaren John Barry en gång sa: ”Det kan spontant utan yttre påverkan gå sönder och granulera”. Härdat glas, mer korrekt benämnt termiskt härdat glas, är generellt cirka tre gånger starkare än vanligt glas. Utan härdning är glas skört vid böjning, drag eller termochock. Principen för termisk härdning är att glaset kyls snabbt, men kontrollerat, genom uniform kylning med luft. Eftersom ytan kyls först så krymper den mer än mitten på glaset. Därmed får glaset dragspänningar i ytan och tryckspänningar i mitten i ett första steg innan det stelnat helt. När ytan sedan stelnar ytterligare når kylan mitten och krymper då ännu mer än ytan redan gjort. Detta leder till att de största spänningarna finns i ytan på det helt stelnade glaset ökar böjhållfastheten. Varför spricker härdade glas? Om ett termiskt härdat glas går sönder granulerar det i tusentals småbitar (se bild överst t h). Detta minimerar risken för allvarliga skärskador, men sker på ett sätt som kan upplevas explosionsartat. Oavsett orsak till bräckaget går det termiskt härdade glaset sönder på detta sätt. Vid tillräckligt hög påfrestning kan även härdat glas spricka av orsaker som: • slag, stötar eller kraftig repning av glasytan (i synnerhet kanten) med vassa, hårda föremål. • hög mekanisk belastning som överskrider hållfastheten. • hög eller ojämn temperatur. • defekter/inneslutningar i glasmassan som sänker den normala hållfastheten. • kombinationer av ovanstående orsaker. • statisk utmattning, det vill säga fördröjd fragmentering vid långtidsbelastning som en följd av spänningskorrosion. Den absolut vanligaste orsaken till att härdat glas spricker är yttre påverkan även om det finns ett samband mellan kvalitet i glastillverkningen och risken för bräckage. Det som är tydligast kopplat till tillverkningen är om det finns defekter i glasmassan och om glaskantens kvalitet är jämn. Kvalitetssäkring av härdat glas sker genom produktcertifiering enligt standarder som ställer krav på bland annat kantbearbetning, dimensionella toleranser och hållfasthet. På senare år har man även minimerat ytdefekter genom att ersätta rullager i härdningsugnar med luftbäddar. Cirka 50 olika typer av inneslutningar eller föroreningar kan hittas i glasen. De allra flesta är harmlösa om de inte är i mer än 0,5 mm. Inneslutningar av nickelsulfid i planglas kan dock ge upphov till fördröjd granulering av termiskt härdade och värmeförstärkta glas. Problemet med nickelsulfidpartiklar är välkänt inom branschen och beror på att partiklarna kan utvidgas med tiden och därmed spränga glaset inifrån. Spontangranulering sker uppskattningsvis mindre än en gång på femhundra glasskivor av genomsnittlig storlek. De flesta spontangranuleringar sker inom två till sju år från det att glaset tillverkades. En anledning till fördröjningen i tid är det mellanrum mellan nickelsulfidpartikeln och glaset som bildas på grund av skillnaderna i hur glas och nickelsulfid utvidgar sig vid tillverkningen. Detta ger ett litet utrymme mellan glaset och nickelsulfiden där partikeln kan expandera innan den börjar trycka mot glaset. Tiden till brott på grund av nickelsulfid beror på flera olika faktorer som partikelns renhet, placering, härdningsgraden på glaset, storleken på hålet som partikeln befinner sig i, yttre faktorer som temperatur och vindlast samt storleken på glaspanelen. Hur många inneslutningar som bildas beror även på glastillverkarens kvalitetsstyrning för att minimera föroreningar av nickel i glaset. Det finns inga riktlinjer i standarden för hur man kan minimera inneslutningar av nickelsulfid trots att man har kunnat påvisa att stålföroreningar kan bilda >