【Metaglas^®專欄介紹】

【 序 │發現的問題│問題的分析│改良的技術│實驗的結果│實驗的數據│廣泛的使用│與傳統比較│相關的認證 】

─序 

─發現的問題 

　　左圖為歐洲化工業的工安與環境意外的統計圖。歐洲化工業者做過廣泛的實驗，實驗顯示：傳統式視窗玻璃面對應力、折彎力及衝擊力非常脆弱，一旦發生機械負載過載的情形，傳統式視窗玻璃會經常失效，失效狀況均為毫無預警的產生碎裂、爆炸。這是業界將其視為一場大災難的原因。

─問題的分析 

　　多年來，化工業者試著利用雙層視窗玻璃、積層視窗玻璃、鐵絲網等密封零件來提升傳統式視窗玻璃使用上的安全性，但這些嘗試效果有限，原因是忽略了玻璃的基本特性。傳統式視窗玻璃主要是由鈉鈣(soda-lime)玻璃或硼矽(borosilicate)玻璃製成，這種玻璃無法承受應力、折彎力及衝擊力，即便這些玻璃經過熱強化處理，仍侷限於玻璃表面所具有的壓迫應力及玻璃內部所具有的拉張應力，故一旦不當使用及組裝，玻璃會毫無預警的產生碎裂、爆炸。

─改良的技術 

　　現今的技術已經可以解決此困擾，那就是來自德國公司: Herberts Industrieglas 所研發出安全性極高的視窗玻璃產品 ─ Metaglas®。他們將玻璃熔接於金屬框內，使得金屬框與預力玻璃形成一體，強度無可比擬。Metaglas® 視窗玻璃是將溶化狀態的硼矽玻璃倒入碳鋼(Carbon Steel) 或雙環鋼(Duplex Stainless Steel)的金屬框內並熔接，進行冷卻時由於金屬與玻璃的熱膨脹係數不同，金屬框收縮力較玻璃大，使得玻璃得到一個平均的收縮壓力，此時，反作用力則讓金屬框呈現張力狀態。使用狀況最壞的情形頂多使玻璃鏡片產生龜裂而影響視線，並不會毫無預警的產生碎裂、爆炸。

─實驗的結果 

　　德國化工業者像是赫斯特集團(Hoechst)、拜耳集團(Bayer)及巴斯夫集團(BASF)分別都對Metaglas®的產品進行嚴厲的實驗，實驗顯示：Metaglas® 的產品對於抗壓、抗彎、抗碎及抗衝擊力有極佳的效果。碎裂實驗當中顯示：進行超過數十倍的壓力僅使Metaglas® 的玻璃鏡片產生龜裂，卻仍維持氣密(leaktight) 狀態。這些化工業者的環安工程師們將其產品視為一種工業標準，最後正式成為 DIN 7079 德國工業標準。

─實驗的數據 

壓力和溫度衝擊實驗
• 取一片額定耐壓 100 psig 的 Metaglas®視窗玻璃 逐漸加壓至 1200 psig，玻璃內部產生些微的龜裂卻仍維持氣密狀態；持續加壓至 1950 psig (將近 20 倍的額定耐壓) ，與大氣接觸的玻璃開始剝落，整片玻璃卻仍維持氣密狀態。


• 取一片額定耐壓 150 psig 的 Metaglas®視窗玻璃 逐漸加壓至 5700 psig (38 倍的額定耐壓)，其結果呈現一致的現象：玻璃產生龜裂，整片玻璃卻仍維持氣密狀態。


• 額定耐壓375 psig 的 Metaglas®視窗玻璃通過下列實驗：
  時間：3個月
  壓力循環衝擊實驗：大氣壓 → 375 psig (26.4 kg) → 大氣壓 → …
  溫度循環衝擊實驗：20°C → 220°C → 20°C → …


• 額定耐壓150 psig 的 Metaglas®視窗玻璃通過下列實驗：
  壓力循環衝擊實驗：
  大氣壓 → 150 psig (10.56 bar)，3秒 / cycle，6小時 + 
  大氣壓 → 220 psig (15.5 bar)，3秒 / cycle，1小時。


• 額定耐壓150 psig 的 Metaglas®視窗玻璃做過下列氣密實驗：
  氣密實驗：25°C → 300°C，10 cycles
  玻璃熔接於金屬處漏氣速率結果：
  原來真空度 1 x 10^(-8) Torr / Sec
  溫度衝擊後 5 x 10^(-8) Torr / Sec
  


折彎實驗
• 取一片厚度 20 mm 的 Metaglas®視窗玻璃，安裝在上下厚度 2 mm 的 IT-300墊片，並將墊片剪去一大段，再使用 130 Nm 扭力鎖上法蘭螺絲，使其造成不平均壓力。相同手法實驗於傳統式視窗玻璃，結果 Metaglas®視窗玻璃產生龜裂卻仍維持氣密狀態，傳統式視窗玻璃則在40 ~ 55 Nm扭力鎖上法蘭螺絲時完全碎裂。


衝擊實驗
• 取3 kg 的落地撞鎚給予36 Nm 的衝擊力道分別撞擊厚度 15 mm 的Metaglas® 視窗玻璃和傳統式視窗玻璃，結果 Metaglas® 視窗玻璃表面僅有撞擊痕跡卻仍維持氣密狀態，傳統式視窗玻璃則完全碎裂。


• Metaglas^® Workshop Test 實驗報告

Conventional glass disc with 15 Nm impact.	Metaglas® glass disc with 36 Nm impact.
給予15 Nm 衝擊力道，傳統式硼矽視窗玻璃完全碎裂。	給予36 Nm 衝擊力道，Metagla- s®玻璃鑿出小洞卻仍維持氣密狀態。
Fig. 1	Fig. 2
取一片 MV Sight Glass耐壓 10 bar的新品進行實驗。	逐漸加壓至 90 bar，表面輕微龜裂卻仍維持氣密狀態。
Fig. 3	Fig. 4
持續加壓至105 bar，表面明顯龜裂卻仍維持氣密狀態。	持續加壓至135bar，表面嚴重龜裂卻仍維持氣密狀態。

─廣泛的使用 

　　由於Metaglas®產品使用上非常安全，故已被世界上五百多間分別跨足於化工、藥品、生化、石化、造紙和食品等領域的公司廣泛使用。 歐洲研發機構像是大專院校，研究單位和美國太空總署 (NASA) 皆指定使用 Metaglas®視窗玻璃產品來提升安全性與穩定性。除了這些考慮，Metaglas®視窗玻璃產品亦可防止漏油、有毒的石化原料外溢和爆炸的危險，大幅降低對環境的污染。美國電視頻道PBS曾經報導那些使用Metaglas產品的公司針對環境保護所做的努力，加拿大一間專門生產「預防疾病疫苗」 的大型製藥公司已將Metaglas®視窗玻璃產品列為不可貨缺的生產設備之一。

─與傳統比較 

　　用於款型老舊設備上的傳統式視窗玻璃，可以隨時替換成Metaglas®視窗玻璃，它和傳統式視窗玻璃一樣皆由上下法蘭及螺絲一併結合為一體。 不同於傳統式視窗玻璃的地方為：它所使用的墊片選擇性較為自由，且不需使用扭力扳手。現今Metaglas®在奧地利、比利時、德國、荷蘭、瑞士和美國已通過TÜV機構耐壓960 psig桶槽的使用認證。

─相關的認證 

　　Metaglas®通過美國 FM (Factory Mutual) 認證，可裝於焊接在桶槽上的圓形法蘭，其他法蘭像是neck、nozzle、管路監視器或 flat-face base 等皆可使用。規範 ANSI 或 BS規格的法蘭，Metaglas®可易於修改使用。對於無菌的生產環境，Metaglas®的 Sanitary Clamp設計亦通過3-A機構的認證。Metaglas®在奧地利、比利時、德國、荷蘭、瑞士和美國已通過TÜV機構耐壓960 psig桶槽的使用認證。