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カテゴリー:ガラスの種類・特徴

いろいろあるガラスの種類の中に、「耐火ガラス」というガラスがあります。 耐火ガラスとは、その名の通り耐火性の強いガラスですが、その仕組みはどうなっているのでしょうか。

また、ここでは耐火ガラスに交換するメリットも、一緒に確認していきましょう。

耐火ガラスの原理

ビル

「耐火ガラス」とは、ガラスの熱膨張率を下げて、急な温度変化に耐えられるように作られたガラスです。

ガラスが割れる原因は2通りあります。 ひとつは強い衝撃、もうひとつは急激な温度変化です。 冷凍庫で冷やしたグラスに熱湯を注ぐと割れるのは、多くの人が知っています。 また、熱したグラスに氷水を注いでも、同じように割れてしまいます。

このような現象を「熱衝撃」と呼びますが、熱衝撃に強いガラスとして開発されたのが、耐火ガラスです。 耐火ガラスは耐熱衝撃性だけでなく、耐腐食性にも優れているので、火を扱う現場だけでなく、色々な場所で使われています。

ところで、どうしてガラスに熱衝撃が起きるのでしょうか。 実は、熱衝撃が起きるのは、ガラスの熱伝導率が小さいことが関連しているといわれています。 ではなぜ熱伝導率が小さいと急激な熱変化に弱いのでしょうか。 1枚の板ガラスの片面を熱すると、熱せられた面は熱膨張率の影響で伸びようとします。 しかし、ガラスは熱伝導率が小さいので、熱が反対側の面に伝わらず、熱せられた面だけが膨張することになります。 このため、片方の面だけが伸びてしまうので、ある程度以上熱するとやがて耐え切れなくなり、割れてしまいます。

ガラスが持つこの欠点を補うには、「熱伝導度を大きくする」か「熱膨張率を小さくする」かの2つの方法があります。 しかし、現実問題としてガラスの熱伝導度を大きくするのは無理なので、普通のガラスより熱膨張率を小さくしたガラスが、耐火ガラスとして用いられています。

つまり、耐火ガラスとは熱膨張率が小さく、急激な温度変化に強いガラスのことなのです。

ガラスの熱膨張率を小さくする方法

ガラステーブル

では、ガラスの熱膨張率を小さくするにはどうすればいいのでしょうか。 これを実現するために、負の熱膨張を持つ素材をガラスに混ぜる方法が用いられています。

普通の素材は熱膨張すると膨らみます。 しかし、負の熱膨張を持つ素材は、温度を上げるほど収縮する性質があります。 負の熱膨張を持つ素材を混入したガラスは熱膨張が相殺され、熱膨張率が小さくなるのです。

この原理を応用して作られたのが、結晶化ガラスの耐火ガラスです。 これは、ガラスの中に小さな負の熱膨張を持つ素材をちりばめ、ガラスの熱膨張を打ち消そうというものです。 耐熱ガラステーブルや、液晶パネル、プラズマディスプレイパネルなどがこの方法で作られています。

防火ガラスは火災時どのように役立つか

網入りガラス

火災が発生した場合、窓ガラスが割れるか割れないかで、火災の規模が大きく違ってきます。

窓を閉め切った状態で火災が発生した場合、窓ガラスが割れると、そこから酸素を含んだ新鮮な空気が一気にかつ大量に流れ込むため、炎の勢いが増して大火災につながることも少なくありません。 そのため、火災に強いガラスを用いるのは、延焼を防ぐために非常に大切なのです。

ところで、防火ガラスには2種類ありますが、次にその違いを見てみましょう。

1.金属の網を入れた「網入りガラス」

万が一火災でガラスが割れても、金属の網が入っているためにガラスが脱落するのを防いで、火災の延焼を抑える効果があります。 以前は防火ガラスといえばこの網入りガラスでしたが、このタイプのガラスでは、防火ガラスとしては完璧とはいえません。 というのは、火災の熱でガラスが割れるために、わずかながら外部の空気が室内に流入して、火の勢いを強くしてしまうからです。

2.防耐火ガラス

普通の板ガラスに特殊な加工と超強化処理を加えた耐火ガラスです。 強度は普通のガラスの6倍もあり、破損しても破片が鋭利に割れない安全なガラスです。 このガラスは、網入りと違って割れることがまずないので、ほぼ完全に延焼を食い止めることができます。

耐火ガラスに交換するメリット

窓ガラスを耐火ガラスに交換すると、万が一火災が発生しても、炎の勢いを弱め、延焼を最小限に抑える効果があります。 また、割れても鋭利な破片が飛び散ることがなく、触れてもけがをする危険がありません。

近年、耐火ガラスの性能は大きく進歩しています。 パイロクリア(耐熱強化ガラス)は特殊な熱処理加工をした強化耐熱ガラスで、強度は普通のガラスの6倍もあります。 通常は強化ガラスとして使えますが、万が一の火災時には耐火ガラスとしても有効に機能します。

パイロペア(ワイヤレス防犯複層ガラス)は通常の耐火性能に加え、夏はエアコンで下げた部屋の温度を外気に影響されず、冬も暖房で温めた室内の温度を外に逃しません。

パイロストップ(ケイ酸ソーダ入積層ガラス)は、火災時の耐熱効果に加え、強烈な輻射熱も遮断する効果を発揮します。 パイロストップは、高透過板ガラスと珪酸ソーダ層とを交互に積層したガラスです。 火災時に珪酸ソーダの結晶水が発泡、蒸発することで気化熱を奪い、激しい輻射熱を遮断します。

まとめ

窓ガラスイメージ

耐火ガラスは耐熱効果があり、火災時に延焼を最大限に抑える威力を発揮します。

最新の耐火ガラスは火災時に割れにくいだけでなく、熱を遮断することで外気に影響されることなく部屋の温度を維持したり、激しい輻射熱を防ぐ効果があります。

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