GASP® 玻璃表面应力仪

测量经热度处理的玻璃表面应力。

GASP应力测试仪由美国材料实验学会推荐，符合欧洲EN12150-2标准的。是测试经处理后的玻璃表面应力，并方便携带的一种仪器。也可用于确认焖火玻璃的残余应力，以便测试安全玻璃生产商的火炉装置安全问题。

GSAP是测试平的或轻度弯曲处理的玻璃表面应力的仪器。此仪器配有激光源，充电电池并能提供最宽敞的测量空间，可达25000 psi(180MPa)。

GASP是一种专业测量仪器，配有包装盒，整套说明书，实践样品及所有附件。

还提供测试仪器的标度盘及测量玻璃侧面的UV灯供选择。

l       非破坏性的装置

l       容易操作

l       符合所有行业所需规格

l       测试平的及弯曲玻璃表面应力

 适用于经过处理后更加坚韧的玻璃，加热玻璃及焖火玻璃的表面应力测试。
 
配置如下：

1.            激光光源1 个；

2.         标准的1/4 测量装配楔1 个；

3.         电池充电器1 个；

4.         220Vac 电源适配器1 个；

5.          UV 灯1 个；

6.          120ml 折射率匹配液1 瓶；

7.         标定样片1 片，带标定证书；

 玻璃表面应力的测定

平 板 玻 璃 一 般 以 表 面 压 应 力 大 小 的 不 同 分 为 钢 化 玻 璃 、 半 钢 化 玻 璃 及 退 火 玻 璃 。 根 据 美 国 ASTM C1048-1997b 标 准 规 定 ， 各 种 玻 璃 的 表 面 压 应 力 范 围 为 ： 钢 化 玻璃 >69MPa (10,000psi) ， 半 钢 化 玻 璃 为 ： 24MPa (3500psi) ~ 51MPa (7500psi). 我 国 新近 出 台 的<<幕 墙 用 钢 化 玻 璃 与 半 钢 化 玻 璃 >>国家 标 准 也 对 应 力 作 了 明 确 要 求 , 半 钢 化 玻 璃为24-69 MPa, 钢 化 玻 璃为95MPa 以上.

      表 面 应 力 无 损 检 测 技 术 有利 于 稳 定 钢 化 玻 璃 的 生 产 及 质 量 ， 更 重 要 的 是 为 检 验 半 钢 化 玻 璃 质 量 提 供 了 切 实 可 行 的 测 试手 段 。

  1.玻 璃 应 力 检 测 原 理

   玻 璃 经 热 处 理 冷 却 后 ， 表 面 通 常 形 成 一 定 的 压力 ， 其 方 向 平 行 于 玻 璃 表 面 。 因 玻 璃 表 面 压 应 力 与 内 部 张 应 力 相 互 平 衡 、 及 应 力 的 各 向 同 性， 用 垂 直 玻 璃 平 面 的 透 射 光 是 无 法 测 应 力 的 。

   当 偏 振 光 通 过 有 应 力 的 玻 璃 时 ， 形 成 二 束 相 互垂 直 且 传 播 速 度 不 同 的 光 束 ， 此 现 象 即 通 常 所 称 的 “ 双 折 射 ” ， 双 折 射 率 为 ：Dn =na-nb ,  Dn与玻 璃 中 的 应 力  s成 正 比 ， 即Dn=C*s。假设 光 线 在 玻 璃 中 的 传 播 距 离 为 t， 则 两 光 束 的 光 程 差 R=Dn*t， 即 应 力 可 由 如 下 公 式 算 出 ：

s =Dn/C 或 s =R/t*c
其 中 C 称 为 应 力 光 学 常 数 ， 对 于 浮 法 玻 璃 ， C=2.65。

    目 前 测 定 表 面 应 力 的 方 法 可 归 纳 为 二 种：微 分 表 面 折 射 法 （Differential Surface Refractometry, 简 称 DSR）和 表 面 掠 角 偏 光 法 （Grazing Angle Surface Polarimetry, 简 称 GASP）

2.表 面 应 力 仪

    此 种 仪 器 由 美 国 公 司 研 制 并 生 产 ， DSR表 面 应 力 仪 一 般 由 光 源 、 棱 镜 、 滤 镜 、 望 远 物 镜 、 测 微 目 镜 等 部 分组 成（图一） 。

    DSR的 工 作 原 理 见 图 二 。 当 一 定 入 射 角 的光 线 到 达 玻 璃 与 棱 镜 的 交 界 面 时 ， 由 于 双 折 射 率 的 不 同 ， 光 束 会 分 成 以 不 同 临 界 角 a，b反 射 返 回 棱 镜 的 两 路光 束 ， 通 过 用 测 微 目镜 测 定 两 光 束 之 间 的 距 离 ， 即 可 得 到Dn数 据 并 依 据 公 式s =Dn/C算 出 应 力s值 。

    如 果 应 力s =100MPa，浮 法 玻 璃 的 C=2.65´10-12 m2/N ， 则 依 据 公 式Dn=C*s=0.000265.  此 数 据 极 小 ， 很 难精 确 测 定 ， 因 此 DSR表 面 应 力 仪 精 度 不 高 ， 只 能 用 于 测 定 高 应 力 玻璃 ， 不 能 用 于 半 钢 化 玻 璃 。 GAERTNER SCIENTIFIC 公 司 在 其 仪 器操 作 手 册 中 明 确 表 示 ： “ 此 仪 器 无 意 、 也 不 能 够 用 于 测 定 应 力 值小 于 10,000psi（69MPa）的 玻 璃 产 品 。 ” 即 此 类 仪 器 做 的 再 好 ， 也 不 能 用 于 半 钢 化玻 璃 。

    除 精 确 度 不 高 以 外 ， DSR表 面 应 力 仪 还 存 在 零 点 易 飘 移 、 不 易 调 校 、 操 作 使 用 不 便 等 缺 点 。其 优 点 在 于 价 格 相 对 较 低 。

    3.GASP表 面 应 力 仪

    GASP应 力 仪 由 美 国 著 名 的 应 力 分 析 技 术公 司 研 制 生 产 ， 国 内 已 有 耀皮、 南 玻 、 国 家 玻 璃 质 量 检 验 测 试 中 心 、 上 海 建 科 院 等 多 家 用 户 。

    GASP一 般 采 用 激 光 作 为 光 源 ， 其 他 组 件主 要 包 括 透 镜 组 、 入 射 棱 镜 、 回 射 棱 镜 、 反 射 镜 、 石 英 楔 、 刻 度 盘 、 目 镜 等 。 （见 图 3）。

    图 4是 GASP工 作 原 理 图 。 入 射 偏 振 光 束 进 入 玻 璃 表 面 薄 层 ， 平 行 玻 璃 表 面 运 行 一 段 距 离 t后 离 开 玻 璃 ， 由 于 玻 璃 表面 压 应 力 作 用 ， 光 束 产 生 双 折 射 现 象 ， 其 光 程 差 可 借 助 石 英 楔 精 确 测 出 。 石 英 楔 可 制 成 多 种精 度 等 级 ， 因 此 无 论 应 力 大 小 如 何 ， GASP均 可 精 确 地 予 以 测 定 。
    
    4.仪 器 校 验 方 法
    ASTM C1377提 供 了 一 种 校 验 表 面 应 力 仪 的 方 法 ， 采 用 机 械 机 构在 玻 璃 条 上 施 加 恒 定 的 机 械 应 力 ， 将 计 算 得 到 的 机 械 应 力 数 值 与 仪 器 测 定 数 据 进 行 比 较 ， 就能 得 到 校 验 结 果 。

     如 图 5所示 ， 将 宽 为 W， 厚 度 等 于 t的 玻 璃 条 两端 简 支 并 在 离 两 端 L。 距 离 的 位 置 上 施 加 F力， 则 玻 璃 中 间 段 表 面 应 力 S=F´6L0/wt2.

     此 种 方 法 的 校 验 精 确 度 主 要 取 决于 装 置 各 部 分 的 几 何 尺 寸 。L0数 值 误 差 必 须 小 于 1%， 这 样 才 能 获 得1%精 度 的 校 验 结 果 。 玻 璃断 面 形 状 也 是 非 常 重 要 的 ， 断 面 为 10mm´75mm的玻 璃 作 2mm´45°磨边 ， 则 会 减 少 断 面 模 量 约1%， 实 际 应 力 比 计 算 结 果 将 同 样 增 加1%左 右 。

    5应 用
   （1）钢 化 玻 璃
    传 统 检 验 钢 化 玻 璃 的 方 法 是冲 击 试 验 ， GB9963及 GB9656规 定 在 50mm´50mm范 围 内 的 碎 片 数 须 大 于 40粒。 试 验 表 明 ， 在 钢 化 玻 璃 应 力 范 围 内 ， 表 面 应 力 值 与 碎 片 数 存 在 着 较 好 的 对 应 关 系 ， 根 据 Jacobs给 出 的 图 表 （图 6）， 40粒 碎 片 数 对 应 的 表 面 应 力 值 约 为 82MPa.
    (2)热 增 强 玻 璃
    热 增 强 玻 璃 在 我 国 常 被 称 为 “ 半 钢化 玻 璃 ”。 国 外 在 建 筑 上 应 用 非 常 普 遍 ， 有 较 好 的 抗 风 压 能 力 。此 种 玻 璃 受 自 然 灾 害 破 坏 后 倾 向 于 留 在 窗 框 内 不 掉 落 ， 同 时 又可 确 保 不 会 自 爆 。

     需要指出，热 增 强 玻 璃 与 钢 化 玻 璃 是 二种 不 同 类 型 的 玻 璃 ， 不 能 因 为 俗 称 “ 半 钢 化 玻 璃 ” 而 简 单 地 认 为 它 是 一 种 性 能 劣 于 钢 化 玻 璃 的 玻 璃 。 一 般 说 来 ， 钢 化 玻璃 适 用 于 人 体 能 接 触 到 的 部 位 及 低 层 建 筑 。 由 于 普 通 钢 化 玻 璃 的 自 爆 特 性 是 难 以 完 全 避 免 的（玻 璃 中 的 硫 化 镍 杂 质 引 起 自 爆 ）， 大 量 应 用 中 必 定 有 一 些 在 使 用 过 程 中 自 爆 ， 碎 片 落 下 易 伤人 ， 因 此 高 层 建 筑 上 应 尽 量 避 免 使 用 热 增 强 玻 璃 。 如 因 其 它 原 因 必 须 使 用 钢 化 玻 璃 ， 则 应 选用 经 老 化 处 理 的 钢 化 玻 璃 。

     因 碎 片 状 态 类 似 于 退 火 玻 璃 ， 半钢 化 玻 璃 只 能 采 用 应 力 测 定 的 方 法 检 验 其 质 量 。 需 要 注 意 的 是 ： ASTM规定 热 增 强 玻 璃 的 应 力 范 围 是 24-51Mpa， 钢 化 玻 璃 的 应 力 须大 于 69MPa。 应 力 为 51-69MPa范 围 内 的 玻 璃 是 废品 ， 它 既 不 能 用 作 钢 化 玻 璃 ， 也 不 能 作 为 热 增 强 玻 璃 使 用 。

     (3) 钢 化 安 全 玻 璃

       大 量 经 验 表 明 ， 当钢 化 玻 璃 用 于 安 全 玻 璃 用 途 时 ， 其 表 面 应 力 值 通 常 大 于 103MPa。常 见 的 例 子 是 汽 车 玻 璃 ， 如 应 力 小 于103MPa， 虽 然 碎 片 数 仍 能 满 足有 关 标 准 要 求 ， 但 玻 璃 强 度 略 嫌 不 够 。 在 安 装 及 使 用 过 程 中 ， 由 于 应 力 不 足 以 确 保 玻 璃 边 部不 受 损 伤 ， 常 常 发 生 玻 璃 碎 裂 的 情 况 。

    （4）热 弯 玻 璃

      热 弯 玻 璃 是 一 种 退 火 玻 璃， 要 求 玻 璃 内 应 力 尽 可 能 小 ， 确 保 玻 璃 不 会 因 过 大 的 不 均 匀 应 力 而 破 裂 。 典 型 的 用 途 是 鱼 缸玻 璃 ， 在 弯 曲 部 分 应 力 较 集 中 ， 测 定 到 的 表 面 应 力 一 般 在 15MPa左右 ， 易 导 致 玻 璃 碎 裂 。 通 过 检 测 应 力 值 并 有 针 对 性 地 调 整 玻 璃 冷 却 模 式 ， 最 终 可 将 局 部 应 力降 至 7MPa以 下 ， 基 本 解 决 弯 角 破 裂 问 题 。