光伏压延玻璃表面形态对其抗冲击性能影响的研究

　　抗冲击强度是评价光伏压延玻璃力学性能重要指标之一，试验中发现具有不同表面形态的光伏压延玻璃在同等条件下受冲击破碎时具有不同的破碎面积，表现出不同的抗冲击性能。本文选取具有不同表面形态的玻璃进行落球冲击破碎试验，结合微观形貌和高速摄像分析，研究了玻璃的表面形态对玻璃抗冲击性能的影响。

　　实验试样：玻璃试样为中建材(宜兴)新能源有限公司压延工艺生产的单绒镜面玻璃和单绒压花玻璃，厚度分别为1.6 mm、2.0 mm和2.5 mm，玻璃表面形态为单绒镜面玻璃的镜面、绒面以及单绒压花玻璃的压花面、绒面，其中单绒镜面玻璃的表面形态简易图如图1所示，分为a1、b1面，a1面为镜面，粗糙度约为0.012 mm，b1面为绒面，粗糙度约为1.267 mm；单绒压花玻璃的表面形态简易图如图2所示，分为a2、b2面，a2面为绒面，粗糙度约为0.580 mm，b2面为压花面，花纹深度约为20 mm。

图1单绒镜面玻璃的表面形态

图2单绒压花玻璃的表面形态

　　测试方法：按照GB/T 30984.1—2015中涉及的抗冲击性能测试标准，采用1 040 g的钢球和符合标准规定的试验支架，分别以不同表面形态为冲击面，完成落球冲击测试，冲击点在距离试样中心25 mm范围内，观察玻璃破碎情况，以破碎时钢球的高度表征玻璃的抗冲击强度。

　　结果与分析：(1)落球冲击测试结果，不同表面形态受到落球冲击时破碎的试验结果如图3所示。

图3玻璃抗冲击强度落球试验结果图

　　从图3中可以看出，随着厚度的增加，玻璃表面相同形态抗冲击面的抗冲击强度随之增加；在同一厚度下，单绒镜面玻璃的抗冲击强度：b1面>a1面，单绒压花玻璃的抗冲击强度：b2面>a2面。

　　(2)表面形貌力学分析：压延平板玻璃的表面形态影响其抗冲击强度，通过玻璃表面受力情况来分析造成该影响的原因。粗糙度指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。已知单绒镜面玻璃的a1面粗糙度为0.012 mm，粗糙度非常小，忽略不计，b1面粗糙度约为1.267 mm；单绒压花玻璃的a2面粗糙度约为0.580 mm，b2面花纹深度约为20 mm。其中a1面、a2面，b1面、b2面在底面积相同的状态下，高度越高，其表面积越大。玻璃表面粗糙度及花纹深度简图如图4所示，其表面积Sa1<sb1，sa2<sb2。< sb1，sa2 ，sa2

图4玻璃表面粗糙度及花纹深度

　　(3)落球高速摄像：图5为高速摄像机从试样的下表面拍摄的产生破碎圆锥的瞬间照片，其中，图5(1)为2.0 mm单绒镜面玻璃试样，冲击表面分别为a1、b1面，图5(2)为2.0 mm单绒压花玻璃试样，冲击表面分别为a2、b2面。

图5玻璃破碎产生破碎圆锥瞬间照片

　　玻璃破碎时产生的破碎圆锥面积越大，表示其吸收冲击能量越多，通过高速摄像机从试样的下表面拍摄产生破碎圆锥的面积，可以看出：①对于单绒镜面玻璃(图5(1))，b1面受冲击吸收的冲击能量大于a1面受冲击吸收的冲击能量；②对于单绒压花玻璃(图5(2))，b2面受冲击吸收的冲击能量大于a2面受冲击吸收的冲击能量；③对于两种厚度相同的玻璃，当下表面均为绒面(即a2、b1面)时，压花玻璃b2面受冲击吸收的冲击能量大于镜面玻璃a1面受冲击吸收的冲击能量；④当冲击面均为绒面时，单绒镜面玻璃a1面为下表面时吸收的冲击能量大于单绒压花玻璃b2面为下表面时吸收的冲击能量。高速摄像得到的玻璃表面形态不同对玻璃抗冲击性能的影响结果与落球试验得到的结果相一致。

　　通过对不同形态和不同厚度玻璃的冲击实验比较，得出以下结论：

　　(1)随着厚度的增加，玻璃相同的抗冲击面的抗冲击强度随之增加；同一厚度下，单绒镜面玻璃的绒面的抗冲击强度高于镜面的抗冲击强度，单绒压花玻璃的压花面的抗冲击强度高于绒面的抗冲击强度。

　　(2)玻璃压花面的结构在受到冲击载荷时，初始的变形包括了孔壁的轴向或剪切变形，这个变形过程中，压花面比表面积相对较大，能多吸收一部分冲击能量，因此当压花面受冲击时，玻璃具有较高的抗冲击强度。

　　(3)落球高速摄像结果相一致：①单绒压花玻璃受冲击吸收的冲击能量：压花面>绒面；②单绒镜面玻璃受冲击吸收的冲击能量：绒面>镜面；③厚度相同时，当下表面均为绒面时，受冲击吸收的冲击能量压花玻璃>镜面玻璃；④当冲击面均为绒面时，受冲击吸收的冲击能量单绒镜面玻璃>单绒压花玻璃。

　　对比两种压延玻璃的实验结果，可以发现：相同厚度下，玻璃受冲击时上下面的表面形态对玻璃的抗冲击强度均存在影响，表面积相对大的玻璃面作为冲击面时，能够提高光伏压延玻璃的抗冲击强度，因此，可通过设计压延玻璃的表面形态，提高产品的抗冲击强度。