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?
現代のガラス製品は、強度とストレスへの耐性を備えて作られています。腕のいいガラス加工業者であれば、ひび割れたり砕けたりする前に、まさに過酷な使用に耐えるガラスを供給してくれるでしょう。
しかし、割れないガラスは存在せず、様々な理由でガラスが割れます。製造上の欠陥が原因となる場合もありますが、場合によってはガラスが自然に割れることもあります。しかし、ほとんどの場合、ガラスが割れるには何らかの圧力がかかっている必要があります。
そのようなストレスの一つが熱です。「熱破壊」とは、ガラスが熱によって割れることです。しかし、ガラスを割るにはどれくらいの熱が必要なのでしょうか？
正確な温度を知りたいなら、残念ながらそうではありません。ガラスは熱だけで割れるわけではないからです。実際、熱破壊はガラス自体に含まれる物質と温度が相互作用することで発生します。
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.
熱衝撃とは何ですか？
「熱衝撃」という言葉は、ガラスが急激な温度変化を受けたときに何が起こるかを表します。
ガラスの外層は内層よりも速く膨張または収縮します。これにより応力が生じ、その応力がガラスの強度を超えると、破損につながる可能性があります。
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).
温度差によってガラスが割れる仕組みとは？
熱衝撃は急激です。しかし、温度変化が急激でなくてもガラスが割れることがあります。これは、ガラスの異なる部分の温度が異なる場合に起こります。
窓ガラスを例に挙げましょう。片側が直射日光にさらされ、もう片側が冷たい状態だと、ガラスにストレスが生じます。時間が経つと、このストレスが破損の原因となることがあります。
熱破壊にはどのような種類がありますか?
熱破壊には主に2つの種類があります。これらは低エネルギー破壊と高エネルギー破壊として知られています。
低エネルギー破壊は、熱破壊の中で最も一般的なタイプです。ガラスの端が損傷すると発生します。この損傷によりガラスが弱くなり、ガラスが破損するまでに必要な熱応力が少なくなります。
高エネルギー熱破壊は、高いレベルの熱応力を必要とするため、はるかに稀です。この場合、ガラスは高レベルの熱にさらされるか、ある周囲温度から別の周囲温度に急速に移動させられることになります。
さまざまな種類のガラスは熱によってどのように壊れるのでしょうか?
ガラスの種類によって製造方法が異なり、強度レベルも異なります。例えば、薄いガラスは150°C（302°F）以上になるとひび割れが生じ、破損する可能性があります。
一方、強化ガラスは特殊な熱処理が施されており、高温やその他のストレスにも耐えられます。これが、強化ガラスが安全ガラスに分類され、より高い強度が求められる場所で使用されている理由の一つです。
通常、強化ガラスが破損する温度は約240°C（464°F）です。これは、ガラス内部の応力、ガラスの処理方法、さらには製造工程などの他の要因によって異なります。
強化ガラスは熱ストレスによって割れる可能性がありますが、通常のガラスの3〜4倍の熱が必要です。
熱破壊を引き起こす他の要因は何ですか?
熱破壊は通常、温度変化によって引き起こされます。しかし、他の要因も熱破壊の一因となる場合があります。
一つ目はガラス内部の欠陥です。ひび割れや不純物があると、急激な温度変化によってガラスが熱割れを起こしやすくなります。
もう一つの要因は太陽光の吸収です。他の素材と同様に、ガラスも太陽光を吸収します。これによりガラス全体、あるいはガラスの一部の温度が変化し、破損につながる可能性があります。
逆に、影にさらされるとガラスの一部が他の部分よりも冷たくなることがあります。ガラス製品全体にわたって温度が不均一になると、状況によっては破損につながる可能性があります。
刃先の強度も影響します。刃先の引張強度が臨界点を超えると、特定の熱条件下では破損につながる可能性があります。
ガラスの設置場所も影響を及ぼします。ガラスが暖房や冷房の吹き出し口の近くにある場合、温度条件が変化し、ガラスが割れる可能性があります。
最後に、フレームの種類、そしてフレームの色も重要です。フレームの熱伝導率はガラスの温度に影響を与えます。また、暗い色のフレームは明るい色のフレームよりも熱を吸収するため、室温が上昇します。
なぜお湯でガラスが割れるのでしょうか？
ガラスは温度だけでは割れないと説明しました。割れの原因は通常、温度変化です。急激な温度変化や、ガラスの各部分で温度差が生じることが原因となる場合があります。
熱湯でも同じことが言えます。温度変化は内部応力を引き起こし、それが急激に起こると、この内部張力によってガラスが割れることがあります。
熱破壊を防ぐにはどうすればよいでしょうか?
熱破壊を完全に排除することはできません。しかし、製造工程において大幅に軽減することは可能です。
低エネルギー熱割れの可能性は、通常、エッジを研磨することで対処します。製造業者は完成品を検査し、特定の状況下で割れにつながる可能性のある欠陥がないか確認します。
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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