Czy zastanawiałeś się kiedyś, dlaczego kieliszki do wina rozbijają się na kawałki pod wpływem uderzenia? A może był moment strachu, że szklane ściany budynku pękną i runą? Struktura szkła jest bardzo skomplikowana. Jest twardy i mocny, ale jednocześnie kruchy. W przypadku czegoś tak powszechnego nauka stojąca za potłuczonym szkłem jest również złożona.
Dlaczego szkło pęka?
W rzeczywistości powodem, dla którego szkło tak łatwo pęka, jest jego struktura molekularna. Szkło wykonane jest z krzemionki. Krzemionka tworzy sztywną, losową sieć molekularną. W przeciwieństwie do większości ciał stałych, gdzie cząsteczki są starannie ułożone w siatkę. Atomy krzemu i tlenu w szkle są połączone pod przypadkowymi kątami, tworząc nieregularny wzór.
To nieuporządkowane ułożenie nadaje szkłu przezroczystość i po podgrzaniu można je łatwo kształtować w różne kształty. Oznacza to jednak również, że nie ma słabych punktów. W rezultacie pod wpływem zewnętrznego nacisku szkło pęka w sposób postrzępiony i niekontrolowany. Koncentratorem naprężeń może być także każdy drobny defekt powierzchni lub zadrapanie. Po wywołaniu pęknięcia szybko rozprzestrzenia się ono po całym materiale.
Kiedy pęknięcia zaczynają się rozprzestrzeniać, trudno je zatrzymać. Chociaż wiązanie między atomami krzemu i tlenu jest silne. Pęknięciu trudno jest jednak zmienić kierunek lub zatrzymać się na krawędzi ubytku. Ze względu na nieregularną geometrię wiązań krzemowo-tlenowych będą one po prostu nadal przechodzić przez losową sieć. Szkło nie ma uporządkowanej struktury, dlatego trudno przewidzieć, kiedy pęknie. Z tego samego powodu szkło może łatwo pęknąć samoistnie, bez większego ostrzeżenia.
Jedynym sposobem na poprawę udarności szkła jest wprowadzenie bardziej uporządkowanego układu molekularnego. Podobnie jak bezpieczeństwo szkła hartowanego jest wysokie, tak i dlatego, że jego układ molekularny jest uporządkowany. Przez szybkie nagrzewanie, a następnie szybkie chłodzenie, wewnątrz szkła mogą powstać naprężenia ściskające. Naprężenia te pomagają przeciwdziałać rozprzestrzenianiu się pęknięcia. Dzięki temu szkło hartowane może wytrzymać większe obciążenie. Ale to nie znaczy, że nie może się zepsuć. Po prostu pęka w bezpieczniejszej formie. Oznacza to, że rozpada się na małe cząsteczki, a nie na ostre kawałki zwykłego szkła.
Dlaczego ciepło rozbija szkło?
Szkło pęknie, chyba że zostanie uderzone przez siły zewnętrzne. Pęka również pod wpływem naprężenia termicznego. W środowiskach o wysokiej temperaturze brak równowagi temperatur powoduje nierównomierne rozszerzanie się szkła, co wywiera nacisk na jego strukturę. Kiedy powierzchnia szkła nagrzewa się, następuje rozszerzanie. Ale chłodniejsze regiony nie rozwijają się w tym samym tempie.
Można więc sobie wyobrazić, że jedna część szkła rozszerza się szybko, a druga powoli. W takim przypadku wewnątrz szkła powstaną naprężenia. Ciągnie więc szybę i powoduje jej deformację. Jeżeli naprężenia te staną się zbyt duże, szkło pęknie. W rzeczywistości szkło jest rozbijane tylko po to, aby zmniejszyć własne naprężenia. Jednak naszym zdaniem szkło jest zbyt delikatne.
Poziom naprężenia termicznego zależy również od trzech czynników:
1. Różnica temperatur pomiędzy gorącą i zimną częścią szkła: im większa różnica temperatur, tym większe naprężenie.
2. Szybkość zmiany temperatury: Ogólnie rzecz biorąc, gdy temperatura szybko rośnie lub ochładza się, prędkość rozszerzania lub kurczenia się szkła jest większa. Co zwiększa stres.
3. Grubość i kształt szkła: cieńsze i bardziej nieregularne szkło jest bardziej podatne na pękanie. Ponieważ nie wytrzymuje wahań temperatury.
Aby zminimalizować naprężenia termiczne, należy unikać narażania szkła na ekstremalne lub szybkie zmiany temperatury. Na przykład nie polewaj wrzącą wodą zimnego szkła i nie wystawiaj szkła na działanie ujemnych temperatur. Ta szybka zmiana temperatury zwiększa ryzyko pęknięcia szkła. Ochrona szkła przed naprężeniami termicznymi jest kluczem do zapobiegania stłuczeniu szkła. Dlatego powinniśmy zwracać uwagę na temperaturę otoczenia szkła w naszym życiu.
Dlaczego szkło wydaje dźwięk, gdy się stłucze?
Nawet jeśli w życiu nie słyszałeś dźwięku tłuczonego szkła, możesz go usłyszeć w telewizji. Dźwięk tłuczonego szkła wytwarzany jest przez fale dźwiękowe wibrujące szkło z częstotliwością rezonansową. Kiedy fale dźwiękowe przechodzą przez szkło, powodują wibracje cząsteczek szkła. Każdy rodzaj szkła ma określony zakres częstotliwości. Aby cząsteczki wibrowały jak najbardziej, nazywa się to pasmem rezonansowym. Jeśli fale dźwiękowe odpowiadają częstotliwości rezonansowej, wibracje narastają i powodują pęknięcie szkła.
Pęknięcia zwykle zaczynają się od małych fragmentów lub pęknięć na krawędzi lub powierzchni szkła. W miarę jak fale dźwiękowe w dalszym ciągu wibrują w szkle, defekty te rozszerzają się, krzyżują i rozprzestrzeniają po całym materiale. Gdy pęknięcia łączą się i zagrażają integralności strukturalnej szkła. Całe szkło się rozbije. Prawdopodobieństwo wystąpienia pęknięć akustycznych jest większe w przypadku większych płyt szklanych, ponieważ większe płyty szklane mają większą powierzchnię, na której mogą pojawiać się pęknięcia.
Aby zapobiec uszkodzeniom akustycznym, wybierz materiał szklany, którego częstotliwość rezonansowa wykracza poza normalny zakres hałasu otoczenia. Dobrym wyborem są takie rzeczy, jak szkło laminowane lub szkło hartowane. Są bardziej odporne na pęknięcia akustyczne. Jeśli często słyszysz specyficzne dźwięki, które powodują pękanie szkła. Hałas może nadal powodować uszkodzenia innych szyb w okolicy. Jedynym sposobem, aby zapobiec nieprzewidywalnemu stłuczeniu szkła, jest wyeliminowanie źródła dźwięku. Przy zachowaniu odpowiednich środków ostrożności szkło może pozostać nienaruszone nawet w przypadku narażenia na głośne dźwięki.
Jak szkło może samoistnie pęknąć?
Czasami bez wpływu czynników zewnętrznych szkło samoistnie pęka. Jest tego kilka powodów.
Naprężenia wewnętrzne: W procesie produkcji szkła nierównomierne chłodzenie może powodować naprężenia wewnętrzne. Jednocześnie naprężenia te pozostaną w szkle. Z biegiem czasu te napięcia narastają. Wtedy możliwe jest nagłe osłabienie szkła. Następnie szkło pęka. To zdarza się od czasu do czasu. Być może szyba była zainstalowana przez długi czas i pewnego ranka może nagle pęknąć. Dlatego podczas wytwarzania szkła powinniśmy zwracać uwagę na zmniejszenie naprężeń wewnętrznych szkła. Aby zapobiec częstym występowaniu takich wypadków.
Zmiana temperatury: Zmiana temperatury powoduje ból głowy. Ponieważ inne rzeczy możemy kontrolować, ale nie możemy zmienić temperatury zewnętrznej. Rano może jeszcze świecić słońce, a nagły napływ zimnego powietrza może spowodować pęknięcie szyby. Różnica temperatur wystarczy, aby naprężyć szkło. Zalecane jest szkło o niskim współczynniku rozszerzalności. Najlepiej też ograniczyć użycie szkła w miejscach narażonych na duże zmiany temperatur.
Uszkodzenia lub wady krawędzi: Jeśli na krawędzi szklanej płyty znajduje się szczelina, zadrapanie lub pęknięcie, może to stać się punktem koncentracji naprężeń. Ułatwia to pękanie szkła pod wpływem zmian temperatury lub uderzenia. Nie lekceważ małych, niewidocznych zadrapań. Czasami te małe pęknięcia są przyczyną pęknięcia szkła. Któregoś dnia może po prostu samoistnie się zepsuć. Uważaj na zadrapania i staraj się chronić szkło. Zapobiegaj uszkodzeniom krawędzi szkła. Zaleca się także zakup szkła od renomowanych dostawców. Może zmniejszyć powstawanie defektów szkła.Polub nas!
Reakcje chemiczne: W rzadkich przypadkach zanieczyszczenia lub substancje chemiczne zawarte w szkle mogą reagować z czynnikami środowiskowymi, takimi jak temperatura lub ekspozycja na promieniowanie UV. Chociaż jest to mało prawdopodobne, mogą one również osłabić właściwości szkła. Ostatecznie szkło może samoistnie pęknąć lub pęknąć. Korzystanie z dostawcy spełniającego standardy branżowe w zakresie składu i czystości szkła jest również jednym z najlepszych sposobów uniknięcia tego problemu.
Sposób na zabezpieczenie szkła przed pęknięciem
Chociaż istnieje wiele możliwych przyczyn stłuczenia szkła, istnieją pewne sposoby ograniczenia stłuczenia szkła.
Wyżarzanie: Po uformowaniu szkło należy poddać procesowi wyżarzania i powoli ostygnąć do temperatury pokojowej. Zmniejsza to naprężenia powstające wewnątrz szkła. Upewnij się więc, że szkło, które kupujesz, jest odpowiednio odprężone.
Hartowane: Szkło hartowane po szybkim nagrzaniu i schłodzeniu można znacznie poprawić wytrzymałość. Szkło po ściśnięciu tworzy skorupę. Po rozciągnięciu tworzy część wewnętrzną. Obydwa współpracują, aby kontrolować pęknięcia. Jest to zalecane w przypadku obszarów takich jak drzwi lub stoły.
Kanapka: Dobrym sposobem jest również dodanie kanapki do szklanki. Wszyscy wiemy, że bezpieczeństwo szkła laminowanego jest również większe. Może zmniejszyć rozpryski fragmentów szkła po stłuczeniu. W dużym stopniu chroni bezpieczeństwo ludzi.
Prawidłowy montaż: Podczas montażu szkła upewnij się, że ciężar jest równomiernie rozłożony pomiędzy ramą a okuciami. Upewnij się, że szyba jest odpowiednio zabezpieczona, aby zapobiec nadmiernym ruchom i wibracjom. W przypadku ciężkich paneli szklanych należy określić wiele punktów połączenia, które utrzymają ciężar szkła.
Wniosek
Ogólnie rzecz biorąc, przyczyną pękania szkła jest nadal jego kruchość i nieregularna struktura molekularna. Gdy w szkle pojawi się pęknięcie, cała konstrukcja straci stabilność i zapadnie się. Po przeczytaniu artykułu warto poznać także przyczyny pękania szyb oraz metody zapobiegania. Odpowiedni materiał szklany można dobrać w zależności od jego przeznaczenia. Jeśli nadal nie jesteś jasny,możesz się z nami skontaktować!Możemy udzielić profesjonalnej porady.
Aby uzyskać więcej informacji na temat produktów szklanych, kliknij topołączyć.
