Kính tôi bị nứt vỡ có rất nhiều nguyên nhân?

Với các công trình hiện nay việc sửa dụng rất nhiều các loại kính là phổ biến nhất , giảm được chi phí khi thi công, giản được thời gian thi công và tăng độ thẩm mỹ cho công trình. Ngoài ra khi sử dụng kính thì tiết kiệm được diện tích mặt bằng công trình làm cho không gian thêm rộng rãi hơn.

 

Cửa kính cường lực khi tôi nhiệt càng trở nên gần gũi với cuộc sống hàng ngày của chúng ta, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp xe hơi, đầu máy toa xe, nhà cao tầng, mặt dựng ngoài và vách ngăn văn phòng v..v và thật không may sự tổn thương đến cơ thể con người do kính tôi bị vỡ thường chỉ nhìn thấy trên báo chí hay trên các phương tiện truyền thông khác. Cho tới nay, vẫn không có một phương pháp hữu hiệu nào để tránh sự nứt vỡ tự phát của kính tôi, mặc dù thí nghiệm heat soak (ủ nhiệt) được cho là một sự lựa chọn tốt nhất lúc này, dựa theo lý thuyết biến đổi pha sỏi NiS ở nhiệt độ nhất định. Trong những năm gần đay, nguy cơ tiểm ẩn tổn thương đến người đi bộ do nứt vỡ tự phát của công nghiêp mặt tiền sử dụng kính tối có thể xảy ra bất kì khi nào mà không có báo trước trong khi khuân vác, lắp đặt, sử dụng, lưu kho v..v đã thu hút sự chú ý bởi các nhà lập pháp của nhiều quốc gia. Rõ ràng hiểu kỹ hơn nguyên nhân và cơ chế nứt vỡ tự phát là rất cần thiết cho việc tối thiểu hóa hoặc ngăn chặn các tai nạn gây tổn thương tới cơ thể con người. Nói một cách chung chung, thì hai nguyên nhân có thể làm vỡ kính tôi: bề mặt có khuyết tận như là các vết xước, nứt mép v..v, đều cso thể gây nứt vỡ tự phát ở hoặc gần miền ứng suất màng chịu kéo trên bề mặt kính do sự thổi gió không đồng đều, thí dụ dây truyền hỗ trợ vành cuốn đối với kính tôi cong nơi sự thổi gió không đủ hoặc gặp trở ngại, một nguyên nhân rất quan trọng khác được biết bởi các chất lẫn NiS có trong miền chịu kéo của kính qua sự biến đổi pha với khố lượng thay đổi tăng khoảng từ 3-4% sự biến dạn ban đầu có thể nhận ra và được hạn chế đến mức tối thiểu thông qua kiểm soát chất lượng/ kiểm soát quá trình, nhưng sự biến đổi về sau thì không thể phát hiện a, vì vậy mà không thể dự đoán trước được

 

 

Trong thực tiễn quy trình heat soak đã giảm thiểu nứt vỡ tự phát sau này bởi các sỏi niken sunpha và cơ chế hoạt động của nó đã được nghiên cứu kỹ lưỡng. Các chuyên gia về kính ám chỉ hiện tượng này như một “căn bệnh ung thư” của kính, khi mà cửa sổ được lắp kính này có chứa chất lẫn NiS. Còn sự nứt vỡ đột ngột của nó trong khi vận hành dứt khoát dẽ tạo ra nhiều mảnh thủy tinh vụn, thường gọi là “ mưa thủy tinh” gây thiệt hại về kinh tế hoặc xé xác cơ thể con người.

 

Heat Soaking là để xúc tác sự biến đổi chất NiS từ pha nhiệt độ cao sang pha ổn định nhiệt độ thấp với nhiệt độ biến đổi pha xoay quanh 3790C, có thể làm vỡ kính trước khi giao đến khách hàng. Ngày nay quy trình heat soaking được tiêu chuẩn hóa và nhiều nhà sản xuất kính được yêu cầu làm thí nghiệm heat soaking mà vẫn vỡ tự phát trong khi sử dụng và vì vậy tính hiệu quả của nó bị nghi ngờ và hơn nữa quy trình đó rất tốn kém tiền bạc và thì giờ, không có vẻ như là chắc chắn.

 

Để hiểu sâu hơn cơ chế hoạt động của nó, các chuyên gia đã lựa chọn 6 mẫu kính vụn có chứa một viên sỏi trong đó và sử dụng xét nghiệm SEM và dòng quét để phân tích, và thật ngạc nhiên 5 trong 6 mẩu đều là sỏi silic nguyên khối và chỉ duy nhất một mẩu sỏi là chứa niken sunphua.

 

Phát hiện này cho thấy rằng không chỉ sỏi niken có thể làm nứt vỡ tự phát xuất hiện, như nhiều nhà nghiên cứu đã thực hiện các thí nghiệm trước đó, mà sỏi khác, giống như silic cũng có thể làm vỡ kính tôi, mà hầu hết đây là nguyên nhân chính của sự nứt vỡ tự nhiên theo phân tích của các chuyên gia

 

1. Hiện tượng nứt tự phát và phân tích nguyên nhân

 

Thông thương, nứt vỡ tự phát của kính tôi là do tập trung ứng suất gần các hạt tạp trong miền ứng suất kéo của cửa kính cường lực .Hình 1 cho thấy dạng nứt vỡ tự phát. Đặc điểm chung của nứt vỡ tự phất là hình dáng kiểu cánh bướm ở đầu đường nứt. Trong nhiều trường hợp, một hạt tạp dẫn đến nứt vỡ tự phát có thể được nhìn thấy ở mảnh hình cánh bướm.

 

Trong phần này, các hạt tạp tạo nứt vỡ tự phá 6 cánh bướm lấy từ các mẫu khác nhau. Đường kính các hạt tạp có kích thước từ 0,2 đến 0, 4 mm.Tất cả các hạt đều được hiểu là hạt sunphua cho thấy hạt hình cầu trong miền chịu kéo và dấu hiệu đối với vết rạn thứ nhất và thứ 2 nhìn theo mặt cắt ngang. Rõ rang, ứng suất kéo xung quanh hạt nạp cao là nguyên nhân gây nên nứt vỡ

 

Sáu hạt tạp đã lựa được phân tích bằng hiển vi học điện tử quét (SEM) có trang bị một hệ thống quang phổ tán sắc năng lượng (EDS) để biết được hình thái và cấu tạo của các hạt. Thật thú vị đã khám phá ra rằng các hạt silic nguyên khối có chứa các nguyên tố khác, chỉ một trong số chúng là hạt niken sunphua.

 

Kết quả chỉ ra rằng một nguyên nhân quan trọng khác gây nưt vỡ tự phát của kính tôi, có lẽ là nguyên nhân chính, đó là hạt niken sunphua đã được nhận biết chung, nghĩa la phép thử heat soaking theo quy ươc làm các nứt vỡ xuất hiện trong ngành kính sẽ hoàn thành nhiệm vụ giống như là nhiều người nghĩ, do một thực tế là chỉ có khoảng 20% các hạt theo quan sát có chứa niken sunphua.

2. Phân tích ứng suất xung quanh các hạt silic nguyên khối:

 

Như chỉ ra trong hình 5, hầu hết các hạt silic nguyên khối đều có dạng hình cầu với bề mặt tương đối nhẵn. Độ cứng của hạt silic đo được là 6,5 Gpa cao hơn độ cứng của tấm kính (5,4Gpa).Hệ số giãn nở của các hạt silic nguyên khối là khoảng 3-5×10-6 / K, so với hệ số giãn nở của kính thường là bằng gấp 2 lần. Vì sự không cân xứng trong các hệ số giãn nở giữa các tấm kính và hạt, nên ứng suất dư nhiệt xung quanh hạt được tạo ra trong quá trình làm mát của kính đã xử lý nhiệt độ trong phòng, và cũng vì thế hạt silic nguyên khối dưới sức nén từ cả hai hướng xuyên tâm và tiếp tuyến, và tấm kính quanh hạt trong điều kiện chịu ứng suất tiếp tuyến và sức nén tâm. Về mặt lý thuyết, độ bền của kính hoàn toàn thiện là khoảng 70.000 Mpa,có nghĩa là sự chống ứng suất kéo tiếp tuyến do các hạt silic và ứng suất kéo tich lại ở mặt giữa bởi việc tôi thường không dẫn tới làm vỡ kính. Một khi mà vết nứt nhỏ xung quanh kính bởi hạt thô do sự chênh lệch độ co và/hoặc tải trọng cơ học động hoặc tĩnh, hoặc sự chồng chất ứng suất kéo vượt các giới hnaj, thì kính sẽ vỡ ngay lập tức mà không báo trước, đây được xem như biểu hiện của nứt vỡ tự phát.

 

Các ứng suất xung quanh các hạt silic đều ở dạng đối xứng mặt cầu và đã suy biến làm tăng khoảng cách xuyên tâm. Ứng suất xuyên tâm bằn 2 lần ứng suất tiếp tuyến. Chúng được sinh ra do tính cơ học đàn hồi với một hạt với tâm nằm trong bán kính

 

Cơ chế hoạt động của nứt vỡ tự phát bởi các hạt silic được tái tạo lại bằng việc sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn, trong đó mạng lưới 40.000 phần tử được sử dụng và sự chênh lệch nhiệt độ 6000C, hệ số đàn hồi của hạt silic và kính là tương ứng khoảng 110Gpa và 70Gpa. Hình 6 cho thấy sự phân bổ và tập trung của ứng suất tiếp tuyến quanh hạt silic không tồn tại trong suất quá trình làm mát. Độ chênh lệch ưng suất tăng lên cùng với sự tăng kích thước của hạt silic, nói một cách khác, kích thước hạt càng lớn, thì lớp ứng suất kéo càng mỏng di, vì vậy mà, khả năng kính bị vỡ cầng nhiều. Kết quả này được chứng minh dễ dàng ở hình 6. Giá trị cực đại của ứng suất sinh ra không phụ thuộc vào kích thước của hạt silic theo đẳng thức lý thuyết. Có lẽ vết nứt sẽ không nảy sinh khi hạt silic bé xíu, thậm chí là ứng suất cực đại cao hơn độ bề vỡ. Đây là vì sự khởi đầu nứt ở vật liệu giòn phụ thuộc vào ứng suất bình quân trong miền ứng suất, tương quan với các đặc tính của vật liệu, dựa trên tiêu chuẩn độ bền trung bình. Từ quan điểm này , kích thước tới hạn của hạt tạp được xác định và kích thước tới hạn trung bình gây nứt vỡ được thống kê khoảng 200m.

 

Cơ chế hoạt động của nứt vỡ tự phá bởi hạt silic không giống như cơ chế có chứa hạt niken sunphua. Vì thế, quá trình heat soaking truyền thống không thể làm vỡ kihs tôi có chưa hạt silic nguyên khối, trái lại quá trinhg làm mát có thể làm vỡ tấm kính này. Nguy cơ nứt vỡ tự phát trong kính tôi của cửa kính cường lực do hạt silic có thể tăng cáo cùng với việc giảm nhiệt độ bởi ứng suất cục bộ gần hạt phụ thuộc vào chênh lệch nhiệt độ.

 

Kết luận:

 

Kết quả cho thấy rằng một nguyên nhân quan trọng khác gây nứt vỡ tự phát kính tôi là các hạt silic nguyên khối tồn tại trong kính tôi, ngoài các hạt niken sunphua mà trước đây thường biết.

 

Sự tập trung ứng suất trong kính xung quanh các hạt silic phụ thuộc vào sự chênh lệc của hệ số giãn nở giữa kính và các hạt silic, và cũng phụ thuộc vào sự chênh lệc nhiệt độ

 

Nguy có nứt vỡ tự phát trong kính tôi có thể tăng lên cùng với giảm nhiệt độ vận hành.