光伏壓延玻璃表面形態對其抗沖擊性能影響的研究

 

 

抗沖擊強度是評價光伏壓延玻璃力學性能重要指標之一，試驗中發現具有不同表面形態的光伏壓延玻璃在同等條件下受沖擊破碎時具有不同的破碎面積，表現出不同的抗沖擊性能。本文選取具有不同表面形態的玻璃進行落球沖擊破碎試驗，結合微觀形貌和高速攝像分析，研究了玻璃的表面形態對玻璃抗沖擊性能的影響。

 

實驗試樣：玻璃試樣為中建材(宜興)新能源有限公司壓延工藝生產的單絨鏡面玻璃和單絨壓花玻璃，厚度分別為1.6 mm、2.0 mm和2.5 mm，玻璃表面形態為單絨鏡面玻璃的鏡面、絨面以及單絨壓花玻璃的壓花面、絨面，其中單絨鏡面玻璃的表面形態簡易圖如圖1所示，分為a1、b1面，a1面為鏡面，粗糙度約為0.012 mm，b1面為絨面，粗糙度約為1.267 mm；單絨壓花玻璃的表面形態簡易圖如圖2所示，分為a2、b2面，a2面為絨面，粗糙度約為0.580 mm，b2面為壓花面，花紋深度約為20 mm。

 

 

測試方法：按照GB/T 30984.1—2015中涉及的抗沖擊性能測試標準，采用1 040 g的鋼球和符合標準規定的試驗支架，分別以不同表面形態為沖擊面，完成落球沖擊測試，沖擊點在距離試樣中心25 mm范圍內，觀察玻璃破碎情況，以破碎時鋼球的高度表征玻璃的抗沖擊強度。

 

結果與分析：(1)落球沖擊測試結果，不同表面形態受到落球沖擊時破碎的試驗結果如圖3所示。

 

從圖3中可以看出，隨著厚度的增加，玻璃表面相同形態抗沖擊面的抗沖擊強度隨之增加；在同一厚度下，單絨鏡面玻璃的抗沖擊強度：b1面>a1面，單絨壓花玻璃的抗沖擊強度：b2面>a2面。

 

(2)表面形貌力學分析：壓延平板玻璃的表面形態影響其抗沖擊強度，通過玻璃表面受力情況來分析造成該影響的原因。粗糙度指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。已知單絨鏡面玻璃的a1面粗糙度為0.012 mm，粗糙度非常小，忽略不計，b1面粗糙度約為1.267 mm；單絨壓花玻璃的a2面粗糙度約為0.580 mm，b2面花紋深度約為20 mm。其中a1面、a2面，b1面、b2面在底面積相同的狀態下，高度越高，其表面積越大。玻璃表面粗糙度及花紋深度簡圖如圖4所示，其表面積Sa1<sb1，sa2<sb2。<sb1，sa2，sa2

 

(3)落球高速攝像：圖5為高速攝像機從試樣的下表面拍攝的產生破碎圓錐的瞬間照片，其中，圖5(1)為2.0 mm單絨鏡面玻璃試樣，沖擊表面分別為a1、b1面，圖5(2)為2.0 mm單絨壓花玻璃試樣，沖擊表面分別為a2、b2面。

 

玻璃破碎時產生的破碎圓錐面積越大，表示其吸收沖擊能量越多，通過高速攝像機從試樣的下表面拍攝產生破碎圓錐的面積，可以看出：①對于單絨鏡面玻璃(圖5(1))，b1面受沖擊吸收的沖擊能量大于a1面受沖擊吸收的沖擊能量；②對于單絨壓花玻璃(圖5(2))，b2面受沖擊吸收的沖擊能量大于a2面受沖擊吸收的沖擊能量；③對于兩種厚度相同的玻璃，當下表面均為絨面(即a2、b1面)時，壓花玻璃b2面受沖擊吸收的沖擊能量大于鏡面玻璃a1面受沖擊吸收的沖擊能量；④當沖擊面均為絨面時，單絨鏡面玻璃a1面為下表面時吸收的沖擊能量大于單絨壓花玻璃b2面為下表面時吸收的沖擊能量。高速攝像得到的玻璃表面形態不同對玻璃抗沖擊性能的影響結果與落球試驗得到的結果相一致。

 

通過對不同形態和不同厚度玻璃的沖擊實驗比較，得出以下結論：

 

(1)隨著厚度的增加，玻璃相同的抗沖擊面的抗沖擊強度隨之增加；同一厚度下，單絨鏡面玻璃的絨面的抗沖擊強度高于鏡面的抗沖擊強度，單絨壓花玻璃的壓花面的抗沖擊強度高于絨面的抗沖擊強度。

 

(2)玻璃壓花面的結構在受到沖擊載荷時，初始的變形包括了孔壁的軸向或剪切變形，這個變形過程中，壓花面比表面積相對較大，能多吸收一部分沖擊能量，因此當壓花面受沖擊時，玻璃具有較高的抗沖擊強度。

 

(3)落球高速攝像結果相一致：①單絨壓花玻璃受沖擊吸收的沖擊能量：壓花面>絨面；②單絨鏡面玻璃受沖擊吸收的沖擊能量：絨面>鏡面；③厚度相同時，當下表面均為絨面時，受沖擊吸收的沖擊能量壓花玻璃>鏡面玻璃；④當沖擊面均為絨面時，受沖擊吸收的沖擊能量單絨鏡面玻璃>單絨壓花玻璃。

 

對比兩種壓延玻璃的實驗結果，可以發現：相同厚度下，玻璃受沖擊時上下面的表面形態對玻璃的抗沖擊強度均存在影響，表面積相對大的玻璃面作為沖擊面時，能夠提高光伏壓延玻璃的抗沖擊強度，因此，可通過設計壓延玻璃的表面形態，提高產品的抗沖擊強度。

 

來源：玻璃雜志