背景

物理钢化玻璃发明于20世纪30年代，开始是采用垂直吊挂式钢化炉生产的，1975年在芬兰出现第一台水平辊道式钢化炉，化学钢化玻璃发明于1966年，经过多年的发展，钢化玻璃的产量及应用已有一定规模。通过物理或化学的方法对玻璃进行钢化处理后，玻璃表面形成压应力层，而玻璃中部是拉应力层，正是由于应力的存在，钢化玻璃具有强度高、承载能力大、抗冲击性强等优点，现已经广泛应用于建筑玻璃、防火玻璃、汽车机车航空玻璃、太阳能光伏光热玻璃、光电显示玻璃等各个领域。钢化玻璃的各项性能与其表面应力及内部应力有关，所以为确保钢化玻璃达到各种情况的加工及使用要求，需要对钢化玻璃的表面应力和板厚应力进行准确的测量。

由于钢化玻璃是不可裁切的，所以传统的加载法、盲孔法等破坏性的应力测量方法并不适用于钢化玻璃。目前钢化玻璃的应力测量方法主要有光波导法与激光偏振散射法。光波导法利用浮法玻璃表面锡扩散层的光波导效应对表面应力进行测量，所以只能从锡面测量表面应力，不适用于浮法玻璃的空气面和没有锡面的钢化玻璃，当中空玻璃、夹胶玻璃等玻璃成品与已安装的钢化玻璃的锡面在无法测量的位置时，该方法也无法测量其表面应力，并且该方法不能测量钢化玻璃板厚方向的应力分布。激光偏振散射法进行测量则不存在上述局限性，使用该方法能够直接获得钢化玻璃的表面应力及板厚方向复杂的应力分布，对于多种玻璃均可有效测量，适用范围更广泛，可以快速准确地对已安装的钢化玻璃进行现场检测。

《玻璃应力测量方法—激光偏振散射法》标准（以下简称《标准》）的编制将对促进我国钢化玻璃产业的发展起到积极作用，对规范行业应用及应力检测数值的一致性比对具有重要意义。

02与国内已有相关标准的比对

已有相关国家标准有GB/T 36405-2018《平板玻璃应力检测方法》和GB/T 18144-2008《玻璃应力测试方法》。由图1可知，GB/T 36405是退火后普通平板玻璃残余板面应力与板厚应力的检测方法，是检测钢化之前平板玻璃原片质量的方法，适用对象不属于钢化玻璃类产品范围，测量方法、测量参数及参数量值范围均与《标准》不同，仅为玻璃应力标准体系中的相关标准之一。

图1 GB/T 36045-2018标准的范围

GB/T 18144中的光波导法也可测量钢化玻璃的表面应力，但是由图2可知，GB/T 18144中表面应力测量方法的适用范围仅限于钢化后的浮法工艺玻璃的测量，且该方法必须在锡面侧进行表面应力测量，不适用于浮法玻璃的空气面和非浮法工艺生产的玻璃（如：光伏行业的压花玻璃、溢流法的电子玻璃、深加工抛光玻璃等），也不适用于玻璃的锡面位于不便测量位置情况下的钢化玻璃成品及已安装的钢化玻璃（如：锡面位于腔体内的中空玻璃、锡面位于夹胶层的夹胶玻璃等）。

图2 GB/T 18144-2008标准的范围

GB/T 18144中的光波导法是利用浮法玻璃锡扩散层的光波导效应来进行表面测量的，如图3所示，平行光以临界角入射至玻璃与棱镜的交界面，由于玻璃表面存在应力，光线分解成为两个振动面相互垂直的矢量光，这两束光在浮法玻璃的锡扩散层中传播速度不同，因此以不同的全反射角折射到棱镜，通过分析干涉图像即可获得表面应力。光线并不能沿厚度方向穿过玻璃，该方法不能测量的玻璃厚度方向应力分布，仅能测量浮法钢化玻璃锡面的表面应力测量。《标准》适用于以上提及的所有类型玻璃的表面应力测量，在兼具表面应力测量的同时还解决了玻璃厚度方向应力分布的测量问题。

图3 光波导法测量玻璃表面应力时的光学示意图（图片来源：GB/T 18144-2008《玻璃应力测试方法》）
 

03《标准》的适用范围

《标准》的适用对象为以钠钙硅平板玻璃及压花玻璃、硼硅酸盐平板玻璃作为原片制成的钢化、半钢化玻璃的表面应力和板厚方向应力分布，以及外力引起的玻璃应力的实验室及现场测量，玻璃测量表面不受限于锡面和非锡面。涉及建筑用钢化玻璃、汽车用钢化玻璃、光伏用钢化玻璃、电子玻璃、家居家电用玻璃等具体产业，适用范围更广，可以满足各种类型钢化玻璃的应力检测。

04《标准》的制定目的

钢化玻璃年产量及应用呈现增加态势，现已经广泛应用于建筑玻璃、光伏用压花玻璃等各个领域，对于已安装的外露面为空气面的钢化玻璃，以及非浮法工艺生产的玻璃，无法按现有标准进行质量监督，存在一定的安全隐患。另外，钢化玻璃内部零应力层的位置，决定了玻璃安全性能的高低。玻璃内部两个零应力层之间的厚度越宽，中间张应力峰值就越低，杂质（主要为硫化镍）引起玻璃自爆的风险就越小，玻璃安全性越高。对玻璃厚度方向应力分布的测量，是分析零应力层位置的有力手段，可以用于判断玻璃安全性能等级，有利于排除玻璃自爆的安全隐患，但现有的标准也无法测量钢化玻璃板厚方向的应力分布，不能满足行业需求。

如图4所示，《标准》中的激光偏振散射法应力仪一般包括激光光源(1)、起偏器(2)、电控相移器(3)、耦合棱镜(5)、调节与控制装置、数字面阵相机(6)、信号采集与处理单元等。基本原理是以偏振激光束倾斜入射样品，通过测量光线传播路径上各点的散射光光强，计算光线在传播路径上各点沿应力方向分解的两个偏振光分量的位相差，由位相差得到光程差，最终得到如图5所示的光线传播路径上各点的应力值，获得被测玻璃的表面应力与厚度方向的应力分布。

图4 激光偏振散射法光学示意图

图5 激光偏振散射法测量结果

《标准》中方法科学合理、操作快捷、且适合各种钢化玻璃品种的应力的现场及实验室测量，能够解决现行标准测量范围窄，方法单一，不能满足行业需求的问题，现在已被钢化玻璃行业较为广泛使用，但国内外并没有相关标准，只有适用于该方法仪器的ASTM校准方法标准，国内检测实验室在使用该方法时无标准可依，不利于相关行业的发展。《标准》的制定将使钢化玻璃及应力仪的生产方与使用方、各玻璃应力检测实验室均有统一的标准可依，对规范行业应用、避免劣质钢化玻璃流入市场、淘汰落后产能等都有重要意义。

05符合《标准》的仪器

市面上符合《标准》的常见仪器有北京奥博泰科技有限公司代理的SCALP应力仪，该仪器小巧便携、测量速度快，连接笔记本或平板电脑即可进行测量。可测量建筑玻璃、汽车玻璃、压花玻璃等的表面应力和板厚方向的应力分布，仪器外观见图6。

图6  SCALP玻璃应力测量仪