#38 창호의 파손 방지-2 (강화유리 자연파손)

[ 창호의 유의사항, 파손 방지-2 (강화유리 자연파손) ]

창호의 유의사항 중 파손 및 파손 방지대책에 대해서 알아보고자 합니다.
대표적인 사례로 온도차에 따른 열파손(복층유리 열파), 강화유리의 자연파손, 풍하중(풍압)에 의한 파손에 대해서
알아봅시다.
 
 

1. 강화유리 자연파손(자파, Spontaneous Breakage)

 

1) 자연파손의 원인

- 유리 원료에 포함된 황화니켈이 강화유리를 만들기 위한 열처리 과정 뒤 수축했다가 다시 팽창하여 유리가 깨지는
  현상입니다. 

자연파손 원인

- 황화니켈(NiS) : 판유리 원료 중 유입된 니켈(Ni)입자가 제조공정 중 황(S) 성분과 결합하여 생성된 입자입니다.
- 상온에서 안정한 β相 (Phase)이나 300°C 이상에서 부피가 4% 작은 α相으로 상변이하는 특성을 지닙니다.  

 

2) 자연파손의 메커니즘

- NiS은 300°C 이상의 온도에서 육방정계의 안정한 β相으로, 그 이하의 온도에서는 무정형의 α相으로 존재합니다.
- β相보다 부피가 약 4% 작은 α相은 600°C 이상의 강화과정에서 가열과 급냉을 통한 충분한 상변이 시간을 갖지 못합니다.
- 유리의 강화 시 급냉과정에서 유리보다 열팽창계수가 높은 NiS은 유리 내부에서 팽창하면서 니치벽(유리와 함유물의
  계면, Glass Niche) 표면에 일부 미소 균열을 유발합니다.
- NiS은 실온으로 냉각한 후에도 β相으로 장시간에 걸쳐 지속적으로 전이, 체적증가와 함께 니치벽에 작용하는 압력을
  증가시켜, 강화시 생성된 균열을 확장시키고 궁극적으로는 불시에 유리의 파손을 초래합니다.
 
 

3) 자연파손 유발변수

- 강화 온도조건
  : 연화온도까지 승온 후 완전강화 조건(고압/급냉각)을 가할 경우 파손가능 조건이 성립합니다.
     반강화유리의 경우 느린 속도로 냉각시켜 유리 내부의 NiS가 β相으로 완전히 변환되도록 유도하여 NiS에 의한
     자연파손의 위험성이 낮습니다.
 
- NiS 함유물 크기
   : 함유물의 크기가 클수록 니치벽 계면 크랙 유발 확률이 높습니다.
     표면 압축응력 100MN/㎡의 강화유리 중앙부에 존재하는 NiS가 파손을 초래할 수 있는 이론적인 최소 크기는
     약 0.06mm이며, 실제 0.07mm의 NiS 자파사례가 보고되었습니다.
 
- NiS 함유물 위치
   : NiS 함유물이 인장응력이 작용하는 강화유리의 중앙부측에 존재할수록 자파 빈도가 증대됩니다. 
 
 

4) 자연파손 예방

- Heat Soak Test(열간 유지 시험법)
  : NiS stone에 의한 자연파손의 위험성이 있는 강화유리를 280~290°C의 온도로 일정시간 후가열하여
    함유되어 있을지 모르는 NiS stone을  α相에서 β相으로 강제적 상전이를 유도하여 자연파손 가능한 NiS 함유 유리를
    선별하는 방법입니다.

- 배강도(반강화)유리 사양으로의 전환 적용
  : 소요 응력에 따른 적용 개소가 검토 필요합니다.
    Heat Soak Test 방법으로서 자연파손을 유발하는 NiS의 100% 검출은 불가능하므로, 파손으로 인한 2차사고의
    위험성이 있는 구간은 접합유리 사양 적용 등의 추가 검토가 필요합니다.

 

5) 기타

- 그 외에도 강화유리의 자연파손의 원인으로는,
 유리 내부가 불균등하게 강화되거나, 판유리를 자르는 과정에서 미세한 흠집이 생길 경우에도 자연파괴가 일어날 수
 있습니다. 또 건설사에서 시공 시 강화유리 설치작업을 제대로 못해도 저절로 깨질 수 있습니다.
 
 
 
[ 창호의 파손 방지-1 (복층유리 열파손) ]
[ 창호의 파손 방지-3 (풍하중에 의한 파손) ]