Закаленное стекло значительно прочнее обычного и лучше выдерживает механические и температурные нагрузки. Однако существует редкий механизм его самопроизвольного разрушения, при котором стекло может рассыпаться без удара или другого очевидного внешнего воздействия. Одна из известных причин такого явления - микроскопические включения сульфида никеля (NiS), которые могут присутствовать в стекломассе.

 

Обнаружить такие включения обычным визуальным контролем практически невозможно. Для ответственных конструкций поэтому применяется дополнительная технологическая операция - термовыдержка закаленного стекла, известная как Heat Soak Test (HST). Она позволяет снизить вероятность разрушения, связанного с включениями NiS, уже после установки стекла.

 

В данной статье разберем, почему сульфид никеля представляет проблему именно для закаленного стекла, как проводится Heat Soak Test, что происходит со стеклом во время термовыдержки и в каких конструкциях дополнительный контроль особенно актуален.

 

 

 

 

 

Почему может разрушиться закаленное стекло

 

Чтобы понять назначение Heat Soak Test, сначала необходимо вспомнить, как получают закаленное стекло.

 

Подготовленный лист нагревают до температуры выше температуры размягчения, а затем интенсивно и равномерно охлаждают потоками воздуха. В результате в стекле формируется определенное распределение остаточных напряжений: в поверхностных слоях возникают напряжения сжатия, а во внутренних - растяжения.

 

Именно эта система напряжений значительно увеличивает механическую прочность и термостойкость стекла. Она же определяет характер его разрушения: при повреждении закаленное стекло распадается на большое количество сравнительно мелких фрагментов вместо образования крупных острых осколков. Поэтому оно относится к безопасным стеклам.

 

Однако наличие значительных внутренних напряжений означает, что некоторые дефекты внутри материала способны при определенных условиях стать инициаторами разрушения. Один из наиболее известных таких дефектов - включение сульфида никеля.

 

 

Что такое сульфид никеля

 

Сульфид никеля - микроскопическое включение, которое может сформироваться в стекломассе при наличии соединений никеля и серы. Оно может быть настолько малым, что обнаружить его при обычном визуальном контроле невозможно.

 

Проблема связана с поведением NiS после закалки. При высокой температуре включение находится в определенном фазовом состоянии, а быстрое охлаждение способно зафиксировать его в метастабильной форме. В дальнейшем структура включения постепенно переходит в более стабильное состояние, что сопровождается увеличением его объема.

 

Если такое включение расположено в зоне растягивающих напряжений закаленного стекла, изменение его объема создает дополнительное локальное напряжение. При неблагоприятном сочетании факторов оно может инициировать трещину, после чего высвобождается запасенная в стекле энергия и весь лист разрушается.

 

Внешне это и выглядит как самопроизвольное разрушение: стекло может находиться в конструкции без видимых повреждений, а затем неожиданно рассыпаться без непосредственного механического воздействия.

 

 

Что такое Heat Soak Test

 

Heat Soak Test - это контролируемая термовыдержка уже закаленного стекла. HST не является разновидностью самой закалки: стекло сначала проходит обычный цикл термической закалки, после чего помещается в специальную печь для дополнительной термообработки.

 

Повышенная температура ускоряет процессы, связанные с потенциально опасными включениями сульфида никеля. Если включение способно вызвать разрушение стекла, вероятность того, что это произойдет во время контролируемой термовыдержки, значительно возрастает.

 

Поэтому HST не удаляет сульфид никеля из стекла и не исправляет дефект. Его задача - отсеять часть потенциально нестабильных изделий до их использования в готовых конструкциях.

 

 

Как проводится термовыдержка

 

В России требования к процессу установлены действующим ГОСТ EN 14179-1-2024 «Стекло закаленное термовыдержанное. Технические требования». Стандарт распространяется на плоское термовыдержанное закаленное натрий-кальций-силикатное безопасное стекло, предназначенное для применения в строительстве.

 

Цикл состоит из трех основных стадий:

 

- нагревания;

- выдержки;

- охлаждения.

 

На первой стадии закаленные стекла постепенно нагревают в специальной печи. Максимальная скорость нагревания согласно стандарту составляет 3 °C в минуту. Стадия заканчивается, когда температура поверхности последнего стекла в загрузке достигает 250 °C.

 

После этого начинается стадия выдержки. Ее минимальная продолжительность составляет 2 часа, а температура поверхности стекла должна поддерживаться на уровне 260 ± 10 °C.

 

Затем стекла контролируемо охлаждают до температуры окружающей среды. Скорость охлаждения выбирают таким образом, чтобы минимизировать вероятность разрушения из-за самого термического воздействия.

 

Для правильного проведения HST имеют значение не только температура и продолжительность выдержки. Контролируются также скорость нагревания, расположение стекол в печи, загрузка оборудования и температура поверхности изделий.

 

 

Почему иногда указывают 290 °C

 

В описаниях Heat Soak Test до сих пор можно встретить значение 290 ± 10 °C в течение двух часов. Это связано с предыдущей редакцией стандарта - ГОСТ EN 14179-1-2015.

 

С 1 мая 2025 года в России действует ГОСТ EN 14179-1-2024. В актуальной редакции стадия выдержки проводится при температуре поверхности стекла 260 ± 10 °C и продолжается не менее двух часов.

 

При этом во время нагревания температура воздуха в печи может превышать 290 °C, но температура поверхности самого стекла не должна быть выше 290 °C. Период нахождения поверхности стекла при температуре выше 270 °C должен быть сведен к минимуму.

 

Поэтому при описании технологии важно различать температуру воздуха внутри оборудования и нормируемую температуру поверхности стекла во время стадии выдержки.

 

 

Что происходит со стеклом во время испытания

 

Разрушение отдельных стекол во время Heat Soak Test является ожидаемой частью технологического отбора. Если внутри изделия присутствует критичное включение сульфида никеля, нагрев ускоряет его фазовое превращение. Возникающее локальное напряжение может привести к разрушению стекла непосредственно в печи.

 

Разрушившиеся изделия отбраковываются. Остальные проходят полный цикл термовыдержки и при соответствии установленным требованиям могут использоваться как термовыдержанные закаленные стекла.

 

Таким образом снижается вероятность того, что стекло с потенциально опасным включением попадет в готовое остекление.

 

 

Может ли Heat Soak Test полностью исключить самопроизвольное разрушение

 

Нет. Это важное ограничение технологии.

 

Термовыдержка существенно снижает вероятность последующего разрушения закаленного стекла, связанного с включениями сульфида никеля, однако не позволяет гарантировать абсолютное отсутствие такого риска.

 

Кроме того, NiS - не единственная возможная причина разрушения стекла. В эксплуатации имеют значение состояние кромки, механические повреждения, ошибки при установке, контакт стекла с твердыми элементами конструкции, недопустимые нагрузки и другие факторы.

 

Поэтому HST следует рассматривать как дополнительный технологический контроль определенного риска, а не как гарантию того, что стекло не может разрушиться.

 

 

Где термовыдержка особенно актуальна

 

Не каждое закаленное стекло автоматически должно проходить Heat Soak Test. Необходимость применения термовыдержанного стекла определяется проектом, требованиями к конкретной конструкции и последствиями возможного разрушения.

 

Дополнительный контроль особенно актуален там, где замена стекла после монтажа сложна либо его неожиданное разрушение способно создать повышенный риск. Например:

 

- в фасадном остеклении;

- в крупноформатных стеклянных элементах;

- в высоко расположенном остеклении;

- в стеклянных козырьках и других конструкциях над зонами движения людей;

- в отдельных видах панорамного остекления;

- в других ответственных светопрозрачных конструкциях.

 

При этом HST не отменяет необходимости правильно выбирать тип безопасного стекла. Например, в конструкциях, где после разрушения требуется удержать фрагменты и сохранить определенную остаточную целостность остекления, может применяться многослойное стекло - триплекс.

 

Задачи триплекса и Heat Soak Test различаются: термовыдержка снижает вероятность определенного механизма разрушения закаленного стекла, а многослойная конструкция влияет прежде всего на его поведение уже после разрушения.

 

 

Делает ли Heat Soak Test стекло прочнее

 

Основная задача термовыдержки - не повышение прочности уже закаленного стекла. Необходимые механические свойства формируются на предыдущем этапе - во время закалки.

 

Heat Soak Test представляет собой дополнительный контроль, в ходе которого из партии отсеивается часть потенциально нестабильных изделий. Поэтому называть HST «усиленной закалкой» технически некорректно.

 

Правильный термин - закаленное термовыдержанное стекло. Именно он используется в ГОСТ EN 14179-1-2024.

 

 

Можно ли провести HST после изготовления стеклопакета

 

Нет. Heat Soak Test проводится с отдельными листами уже закаленного стекла до их использования в готовой светопрозрачной конструкции.

 

Стеклопакет представляет собой герметичное изделие с дистанционной рамкой, герметизирующими слоями и другими компонентами. Он не предназначен для прохождения температурного цикла HST в собранном состоянии.

 

Поэтому необходимость применения термовыдержанного стекла определяется еще на этапе проектирования и заказа остекления. Сначала отдельные стекла проходят закалку и предусмотренную термовыдержку, после чего могут использоваться при изготовлении стеклопакетов.

 

 

Заключение

 

Heat Soak Test - дополнительная термообработка закаленного стекла, предназначенная для снижения риска самопроизвольного разрушения, связанного с включениями сульфида никеля. В ходе контролируемого нагрева потенциально нестабильные изделия могут разрушиться непосредственно на производстве и быть исключены из дальнейшего использования.

 

В России процесс регламентируется ГОСТ EN 14179-1-2024. Согласно действующему стандарту, после стадии нагревания стекло выдерживают не менее двух часов при температуре поверхности 260 ± 10 °C, а затем контролируемо охлаждают.

 

Применение HST особенно оправдано в ответственных светопрозрачных конструкциях, однако необходимость термовыдержки должна определяться с учетом конкретного проекта. Компания «Волжские окна» при проектировании деревянных окон, дверей и крупноформатных конструкций подбирает состав остекления с учетом размеров изделия, его расположения и предполагаемых эксплуатационных нагрузок. Если проект предусматривает применение закаленного термовыдержанного стекла, это требование учитывается еще на этапе формирования технического задания.