At what temperature does glass break?
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Let's explore the science behind glass. How can heat cause glass to fracture and what kinds of temperatures does it take?
I moderni prodotti in vetro sono costruiti per essere resistenti e resistere alle sollecitazioni. Qualsiasi vetraio che si rispetti vi fornirà un vetro che resiste a una dura prova prima che inizi a rompersi o frantumarsi.
Ma nessun vetro è infrangibile, e il vetro si rompe per una serie di motivi. A volte, questo accade a causa di difetti di fabbricazione. In alcuni casi, il vetro può persino rompersi spontaneamente. Il più delle volte, tuttavia, deve essere sottoposto a sollecitazioni per rompersi.
Uno di questi stress è il calore. La "frattura termica", come è nota, si verifica quando il vetro si rompe a causa del calore. Ma quanto calore è necessario per rompere una lastra di vetro?
Beh, se stai cercando una temperatura precisa, non sei fortunato. Questo perché il calore da solo non rompe il vetro. Infatti, la frattura termica si verifica quando la temperatura interagisce con qualcosa nel vetro stesso.
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.
Che cosa è lo shock termico?
L'espressione "shock termico" descrive ciò che accade al vetro quando subisce un rapido cambiamento di temperatura.
Lo strato esterno del vetro si espande o si contrae più velocemente di quello interno. Questo crea stress e, se lo stress supera la resistenza del vetro, può portare alla frattura.
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).
In che modo le differenze di temperatura possono rompere il vetro?
Lo shock termico è rapido. Ma le variazioni di temperatura possono rompere il vetro senza essere rapide. Questo può accadere quando diverse aree del vetro hanno temperature diverse.
Prendiamo il caso di un vetro. Se un lato è esposto alla luce solare diretta e l'altro rimane freddo, si può creare una tensione. Col tempo, questa tensione può causarne la rottura.
Quali sono i diversi tipi di fratture termiche?
Esistono due tipi principali di fratture termiche: le fratture a bassa energia e le fratture ad alta energia.
Le fratture a bassa energia sono di gran lunga le tipologie più comuni di fratture termiche. Si verificano quando il bordo del vetro viene danneggiato. Questo danno indebolisce il vetro e richiede meno stress termico prima che si rompa.
Le fratture termiche ad alta energia sono molto più rare, poiché richiedono elevati livelli di stress termico. Ciò comporterebbe l'esposizione del vetro a elevati livelli di calore o il rapido spostamento da una temperatura ambiente a un'altra.
Come si rompono i diversi tipi di vetro sotto l'effetto del calore?
Diversi tipi di vetro vengono prodotti in modo diverso e hanno diversi livelli di resistenza. Il vetro sottile, ad esempio, tende a incrinarsi e potenzialmente rompersi a temperature pari o superiori a 150°C (302°F).
Il vetro temperato, invece, è realizzato con uno speciale trattamento termico che lo rende resistente a temperature più elevate e ad altre forme di sollecitazione. Questo è uno dei motivi per cui è classificato come vetro di sicurezza e viene utilizzato in ambienti che richiedono un livello di resistenza maggiore.
In genere, la temperatura alla quale il vetro temperato si rompe è di circa 240°C (464°F). Ciò dipende, come diciamo, da altri fattori come le tensioni all'interno del vetro, il modo in cui è stato trattato e persino aspetti del processo di fabbricazione.
Sebbene il vetro temperato possa rompersi sotto stress termico, richiede una quantità di calore tre o quattro volte superiore a quella del vetro comune.
Quali altri fattori possono portare alla fratturazione termica?
Le fratture termiche sono in genere causate da variazioni di temperatura. Ma anche altri fattori possono contribuire al loro verificarsi.
Il primo di questi sono i difetti all'interno del vetro. Crepe e impurità possono rendere il vetro più vulnerabile alla frattura termica in caso di improvvisi sbalzi di temperatura.
Un altro fattore è l'assorbimento solare. Come tutti i materiali, il vetro assorbe la luce solare. Questo può alterare la temperatura complessiva del vetro, o di una sua parte, e contribuire alla rottura.
Al contrario, l'esposizione alle ombre può rendere alcune parti del vetro più fredde di altre. Questa incoerenza di temperatura all'interno del prodotto in vetro può, in alcune circostanze, causarne la rottura.
Anche la resistenza del bordo può giocare un ruolo importante. Se la resistenza alla trazione del bordo supera un punto critico, in determinate condizioni termiche si potrebbe verificare una rottura.
Anche la posizione di installazione del vetro può avere un impatto. Se il vetro si trova vicino a una presa d'aria per il riscaldamento o il raffreddamento, le condizioni termiche possono modificarsi al punto da provocarne la rottura.
Infine, c'è il tipo di montatura utilizzata, e persino il suo colore. Una montatura può essere più o meno conduttiva, modificando la temperatura del vetro. Al contrario, le montature di colore scuro assorbono più calore rispetto ai colori chiari, causando un aumento della temperatura.
Perché l'acqua calda rompe il vetro?
Abbiamo detto che la temperatura da sola non può rompere una lastra di vetro. La causa della frattura è solitamente una variazione di temperatura. Potrebbe trattarsi di un cambiamento improvviso o di temperature diverse in diverse parti del vetro.
Lo stesso vale per l'acqua calda. Il cambiamento di temperatura può causare stress interno e, se avviene abbastanza rapidamente, questa tensione interna può causare la rottura del vetro.
Come si può prevenire la frattura termica?
La frattura termica non può essere esclusa del tutto. Tuttavia, può essere significativamente attenuata durante il processo di produzione.
Il rischio di fratture termiche a bassa energia viene solitamente affrontato lucidando i bordi. I produttori ispezioneranno anche il prodotto finito per verificare la presenza di eventuali difetti che potrebbero, in determinate circostanze, portare a una frattura.
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,
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