At what temperature does glass break?
Share this blog:
Let's explore the science behind glass. How can heat cause glass to fracture and what kinds of temperatures does it take?
صُممت منتجات الزجاج الحديثة لتكون قوية وتتحمل الضغوط. أي معالج زجاج ذي خبرة سيوفر لك زجاجًا يتحمل الصدمات الشديدة قبل أن يبدأ بالتشقق أو التفتت.
لكن لا يوجد زجاج غير قابل للكسر، وينكسر الزجاج لأسباب عديدة. أحيانًا بسبب عيوب التصنيع. في بعض الحالات، قد ينكسر الزجاج تلقائيًا. مع ذلك، في معظم الأحيان، يجب أن يتعرض لضغط لينكسر.
أحد هذه الضغوط هو الحرارة. يُعرف "الكسر الحراري" بأنه انكسار الزجاج بسبب الحرارة. ولكن ما مقدار الحرارة اللازمة لكسر صفيحة من الزجاج؟
حسنًا، إذا كنت تبحث عن درجة حرارة دقيقة، فأنت لست محظوظًا. ذلك لأن الحرارة وحدها لا تُكسر الزجاج. في الواقع، يحدث الكسر الحراري عندما تتفاعل درجة الحرارة مع شيء ما في الزجاج نفسه.
You're probably familiar with the phenomenon of pouring boiling water into a cold glass. The sudden change in temperature causes the glass to shatter. It's these
changes in temperature, rather than the temperature itself, that do the damage.
ما هي الصدمة الحرارية؟
تصف عبارة "الصدمة الحرارية" ما يحدث للزجاج عندما يتعرض لتغير سريع في درجة الحرارة.
تتمدد الطبقة الخارجية من الزجاج أو تنكمش أسرع من الطبقة الداخلية، مما يُسبب إجهادًا، وإذا تجاوز الإجهاد قوة الزجاج، فقد يؤدي إلى كسره.
Like we say, there's no precise figure. However, one
source estimates the rapid change required to be in the region of 60°F (about 15°C).
كيف يمكن للاختلافات في درجات الحرارة أن تؤدي إلى كسر الزجاج؟
الصدمة الحرارية سريعة. لكن تغيرات درجة الحرارة قد تُكسر الزجاج دون أن تكون سريعة. يحدث هذا عندما تختلف درجات حرارة أجزاء مختلفة من الزجاج.
لنأخذ مثالاً على زجاج النافذة. إذا تعرض أحد جانبيها لأشعة الشمس المباشرة وبقي الجانب الآخر باردًا، فقد يُسبب ذلك ضغطًا. مع مرور الوقت، قد يُسبب هذا الضغط كسرًا.
ما هي أنواع الكسور الحرارية المختلفة؟
هناك نوعان رئيسيان من الكسور الحرارية: الكسور منخفضة الطاقة والكسور عالية الطاقة.
الكسور منخفضة الطاقة هي أكثر أنواع الكسور الحرارية شيوعًا. تحدث عند تلف حافة الزجاج. يُضعف هذا التلف الزجاج، مما يعني أن الجهد الحراري المطلوب قبل انكساره أقل.
الكسور الحرارية عالية الطاقة نادرة جدًا، إذ تتطلب مستويات عالية من الإجهاد الحراري. وهذا يعني إما تعريض الزجاج لمستويات عالية من الحرارة أو نقله بسرعة من درجة حرارة محيطة إلى أخرى.
كيف تتكسر أنواع مختلفة من الزجاج تحت الحرارة؟
تُصنع أنواع الزجاج المختلفة بطرق مختلفة، وتختلف مستويات قوتها. على سبيل المثال، يميل الزجاج الرقيق إلى التشقق والانكسار عند درجة حرارة 150 مئوية (302 فهرنهايت) أو أعلى.
أما الزجاج المقسّى، فيُصنع بمعالجة حرارية خاصة تجعله يتحمّل درجات حرارة أعلى، بالإضافة إلى أشكال أخرى من الضغط. وهذا أحد أسباب تصنيفه كزجاج أمان، ويُستخدم في الأماكن التي تتطلّب مستوى إضافيًا من المتانة.
عادةً، تكون درجة الحرارة التي ينكسر عندها الزجاج المقسّى حوالي 240 درجة مئوية (464 درجة فهرنهايت). ويعتمد هذا، كما يُقال، على عوامل أخرى، مثل الضغوط داخل الزجاج، وطريقة معالجته، وحتى جوانب عملية التصنيع.
على الرغم من أن الزجاج المقسّى يمكن أن ينكسر تحت الضغط الحراري، إلا أنه يحتاج إلى ثلاثة أو أربعة أضعاف الحرارة التي يحتاجها الزجاج العادي.
ما هي العوامل الأخرى التي يمكن أن تؤدي إلى التكسير الحراري؟
عادةً ما تحدث الكسور الحرارية نتيجةً لتغيرات درجة الحرارة. ولكن هناك عوامل أخرى قد تُسهم في حدوثها.
أول هذه العيوب هو وجود عيوب في الزجاج. فالتشققات والشوائب قد تجعل الزجاج أكثر عرضة للتشقق الحراري عند تغير درجة حرارته فجأة.
هناك عامل آخر وهو امتصاص أشعة الشمس. فمثل جميع المواد، يمتص الزجاج أشعة الشمس. وهذا قد يُغير درجة الحرارة الكلية للزجاج - أو جزء منه - ويُسهم في كسره.
على العكس من ذلك، قد يؤدي التعرض للظلال إلى جعل أجزاء من الزجاج أبرد من غيرها. هذا التفاوت في درجة الحرارة عبر المنتج الزجاجي قد يؤدي، في بعض الحالات، إلى كسره.
قد تلعب قوة الحافة دورًا أيضًا. إذا تجاوزت قوة شد الحافة حدًا حرجًا، فقد تتعرض للكسر في ظل ظروف حرارية معينة.
قد يؤثر مكان تركيب الزجاج أيضًا. فإذا وُضع بالقرب من فتحة تدفئة أو تبريد، فقد يؤدي ذلك إلى تغيير الظروف الحرارية، مما قد يؤدي إلى كسره.
وأخيرًا، هناك نوع الإطار المستخدم، بل وحتى لونه. قد يكون الإطار موصلًا بدرجة أو بأخرى، مما يؤثر على درجة حرارة الزجاج. في المقابل، تمتص الإطارات ذات الألوان الداكنة حرارةً أكبر من الإطارات ذات الألوان الفاتحة، مما يؤدي إلى ارتفاع درجة حرارتها.
لماذا الماء الساخن يؤدي إلى كسر الزجاج؟
ذكرنا أن درجة الحرارة وحدها لا تكفي لكسر لوح زجاجي. عادةً ما يكون سبب الكسر تغيرًا في درجة الحرارة. قد يكون هذا تغيرًا مفاجئًا أو اختلافًا في درجات الحرارة في أجزاء مختلفة من الزجاج.
ينطبق الأمر نفسه على الماء الساخن. قد يُسبب تغير درجة الحرارة ضغطًا داخليًا، وإذا حدث بسرعة كافية، فقد يُسبب هذا الضغط الداخلي كسر الزجاج.
كيف يمكن الوقاية من الكسر الحراري؟
لا يمكن استبعاد الكسر الحراري تمامًا، ولكن يمكن التخفيف منه بشكل كبير أثناء عملية التصنيع.
عادةً ما يتم التعامل مع احتمالية حدوث كسور حرارية منخفضة الطاقة بتلميع الحواف. كما يقوم المصنعون بفحص المنتج النهائي للتحقق من وجود أي عيوب قد تؤدي، في بعض الحالات، إلى حدوث كسر.
High-energy thermal fractures are also mitigated during the manufacturing process. Some types of glass – including our specialities,
toughened glass and
laminated glass – are heat-strengthened. This helps them maintain structural stability even when experiencing changes in temperature.
ToughGlaze is a UK-based
commercial glass supplier founded in 1993. For more industry insights and tips,
follow our blog.
