Листовое стекло: усталость и старение

Прочность произведенного листового стекло может снижаться за счет усталости, связанной с непрерывным приложением нагрузки или напряжения. На эффект усталости также оказывает влияние влажность воздуха и состояние поверхности. Влажная среда может снизить прочность в большей степени, чем сухая. Состав стекла с низкой химической стойкостью непрерывно теряет свою прочность при хранении.



Усталость может быть двух видов.
- Статическая усталость – снижение прочности во времени под действием постоянной нагрузки.
- Динамическая усталость – снижение прочности при росте нагрузки с течением времени.

Конденсация
Конденсация больше наблюдается по краям листов стекла. Проблема конденсации и, как следствие коррозии или ржавления, менее серьезна для флоат-стекла (поскольку покрытие оловом обеспечивает защиту) и листов стекла с покрытиями.

Старение в атмосферных условиях
Состав обычного листового стекла состоит из кислых оксидов (оксидов кремния и цветных металлов, которые модифицированы оксидами щелочных и щелочно-земельных металлов). Обычное силикатно-кварцевое стекло является гидрофильным и впитывает влагу из окружающей атмосферы.

Оксиды щелочных металлов частично растворимы в воде, поэтому поверхность стекла под воздействием влаги подвергается процессу растворения, который приводит к выщелачиванию компонентов из поверхности стекла. Поэтому, при плотном хранении листового стекла под действием дождевой воды или атмосферной влажности может наблюдаться изменение цвета с появлением на поверхности пятен, снижающих прозрачность стекла.

На начальной стадии старения под воздействием атмосферных условий на поверхности стекла появляются кремнистые пленки различной толщины. Показатель преломления такой пленки отличается от показателя основного листового стекла, поскольку пленка имеет более высокую концентрацию щелочных и щелочно-земельных металлов (напоминает тонкую нефтяную пленку). В результате может изменяться цвет и появляются разноцветные оттенки желтого, красного, зеленого и фиолетового цветов, называемых радужными цветами.

При развитии процесса старения вода будет поглощаться гидрофильной поверхностью стекла с выделением (вымыванием) ионов натрия и кальция, а на стекле появится кремневая кислота. В результате этого обрараствор гидроксидов натрия и кальция (каустической раствор), способный растворять силикаты на поверхности стекла с образованием белого порошкообразного налета и матового внешнего вида.

Налет на поверхности стекла также содержит карбонаты натрия и кальция, вероятно за счет реакции атмосферного СО2 с вымываемыми ионами натрия и кальция. Хотя этот налет силикатов/карбонатов можно смыть, на поверхности стекла ос таются белые, обесцвеченные пятна (проявляющиеся при травлении), которые можно удалить только шлифованием и полированием.

Химическая стойкость стекла определяется сильными ковалентными связями, наблюдаемыми в стекле. Стойкость и прочность этих связей зависит от следующих факторов.

- Многочисленных {O – Si – O} или {O – B – O} межатомных связей.
- Наличие {Si – O – Na} и {Si – Ca} снижает химическую стойкость, ионы щелочных элементов вымываются из стекла в воде.
- Термодинамически устойчивый кристаллический SiO2 в структуре сетки стекла обеспечивает химическую стабильность в большинстве композиций.

В случае дождя новые капли воды на поверхности вымывают щелочной слой, созданный предшествующими каплями, затем идет реакция непрерывного ионного обмена (H+, Na+) с образованием сильнощелочного раствора и химическая стойкость со временем повышается. При конденсации новые капли не заменяют водяные капли.

Уровень водородного показателя рН повышается и испарение воды ускоряет процесс растворения стекла с образованием силиката натрия. Любое дальнейшее появление воды на поверхности растворяет щелочной продукт и приводит к новой химической атаке.

Ускоренное старение
Химические реакции зависят от температуры, щелочной обмен проходит в пропорциональной зависимости от температуры контактирующих поверхностей.

Влияние температуры может быть представлено формулой: a log N = Log Z – b/T + c, где N – коррозия в мг NaOH на литр; Z – время; Т – абсолютная температура; a, b, c – константы.