装满热水的玻璃杯放在冷水槽里,为何水杯会裂开?
玻璃杯在大众中很受欢迎,玻璃杯和其他杯子相比,不含有机化学物质,而且美观大方,不产生异味,成为了人们安全饮水的第一选择。但很多人也都有过这样的经历,高颜值的玻璃杯装入热水后,突然间毫无征兆地爆裂,玻璃碎屑溅射到皮肤,给我们造成了伤害,让很多人猝不及防。
玻璃是热的不良导体,不容易导热,所以家里面的窗户使用玻璃材质,能够起到隔热效果,包括我们冬天穿的棉服,都是热的不良导体,这样才能保暖。而做饭用的铁锅等金属制品就是热的良导体,导热性能好。
玻璃杯能够忍受的温度高达800℃以上,烧开后的热水不到100℃,所以玻璃杯并不怕高温,即使用来盛热水也不会软化,而真正导致玻璃杯碎裂的原因在于受热不均匀,简单来说就是“热胀冷缩”。
玻璃杯有内壁和外壁,玻璃杯内侧接触到热水后,内壁温度升高,玻璃内层会受热膨胀、体积变大,而由于玻璃是热的不良导体,水的热量传递到外壁需要很长时间,所以外壁的温度和室温差不多,变化也很小。
正是由于这个原因,外侧的玻璃所受的压力瞬间变大,于是就会出现玻璃碎裂的情况。也就是说,如果存在较大的温差,玻璃杯就很容易炸开,而且温差越大,玻璃杯也就越容易损坏。同理,刚装完热水的玻璃杯也不要迅速地用冷水冲洗,同样会导致杯子破裂。
现在我们就可以解释很多问题了,看起来很“结实”的厚玻璃杯却因传热慢,温差大,所以要比薄的玻璃杯更容易爆裂,当然杯底也要薄才不容易破裂。冬天的时候,外界温度低,玻璃杯倒入热水后,内外壁温差也要比夏天大,所以冬天的玻璃杯显得更“脆”。
以前由于工艺的限制,常使用浇筑成型的方式,玻璃烧制时温度不够高,如果存在一些不能熔化的固体杂质,凝结后就会让玻璃杯内部存在较大的应力,投入使用后容易开裂,而现今的高硼硅玻璃一般是人工吹制的。
玻璃杯生产中很重要的一步就是退火,由于玻璃杯生产时温度很高,这就需要不断降低温度,消除杯子内部的应力,这样才不会让杯子遇热就“炸”。从前的退火方式是间歇式的,而现在采用连续退火的方式,能保证温度下降速度均匀,这关键的一步就决定了玻璃杯的质量。