Kính cường lực là gì?
Kính cường lực (tempered glass) là kính float đã qua xử lý nhiệt luyện tạo ra lớp ứng suất nén trên bề mặt và ứng suất kéo ở lõi, làm tăng đáng kể độ bền cơ học so với kính nguyên bản. Quá trình này không thay đổi thành phần hóa học hay độ trong suốt của kính, chỉ thay đổi phân bố ứng suất nội tại. Tiêu chuẩn áp dụng tại châu Âu là EN 12150, tại Bắc Mỹ là ASTM C1048.
Quy trình tôi nhiệt kính cường lực
Kính float đã cắt và gia công cơ khí (khoan lỗ, vát cạnh) được đưa vào lò tôi và nung đến nhiệt độ 620–650°C — trên điểm mềm hóa của thủy tinh soda-lime khoảng 600°C. Sau khi tấm kính đạt nhiệt độ đồng đều toàn tiết diện, hệ thống thổi khí lạnh áp suất cao làm nguội cưỡng bức đồng thời cả hai bề mặt trong thời gian rất ngắn (vài chục giây). Bề mặt nguội nhanh co lại và chịu nén trong khi lõi nguội chậm hơn, tạo nên hệ ứng suất đặc trưng: bề mặt chịu nén 80–150 MPa, lõi chịu kéo 35–75 MPa.
Chỉ số ứng suất bề mặt và độ sâu lớp nén là hai thông số kiểm soát chất lượng quan trọng, đo bằng thiết bị đo ứng suất quang học (grazing angle surface polarimeter — GASP).
Tính chất kỹ thuật sau tôi nhiệt
Độ bền uốn của kính cường lực đạt 120–200 N/mm² (MPa), so với 30–45 N/mm² của kính float thường cùng độ dày — tức là cao hơn 4–5 lần. Độ bền va đập theo tiêu chuẩn EN 12600 (drop ball test) của kính cường lực thuộc nhóm 1B1 hoặc 1C1 tùy độ dày, nghĩa là chịu được vật nặng rơi từ độ cao 1,2 m. Hệ số giãn nở nhiệt vẫn giữ nguyên 8,5×10⁻⁶ K⁻¹; độ truyền sáng (VLT) không thay đổi so với kính gốc.
Đặc điểm vỡ — hạt tròn nhỏ an toàn
Khi kính cường lực vỡ do va đập hoặc sốc nhiệt, năng lượng ứng suất tích lũy bên trong giải phóng đồng thời khiến toàn bộ tấm kính phân rã thành hàng nghìn mảnh vỡ dạng hạt tròn nhỏ có cạnh tù, giảm nguy cơ gây vết cắt sâu so với mảnh vỡ sắc nhọn của kính thường. Đây là lý do chính khiến kính cường lực được xếp vào nhóm kính an toàn (safety glass) theo EN 12600 và ANSI Z97.1. Tuy nhiên, khi vỡ hoàn toàn thì tấm kính mất toàn bộ chức năng ngăn cách — khác với kính laminé giữ nguyên hình dạng sau vỡ.
Quy tắc không gia công sau tôi
Kính cường lực tuyệt đối không được cắt, khoan, mài, phun cát hay gia công cơ khí sau khi đã qua xử lý tôi nhiệt. Bất kỳ tác động cơ học nào vào vùng bề mặt đều có thể khởi phát vết nứt lan nhanh do chênh lệch ứng suất, gây vỡ toàn tấm tức thì. Mọi thao tác cắt lỗ, vát cạnh, khoan bu-lông phải hoàn thành trên kính nguyên bản trước khi đưa vào lò tôi.
Phân biệt kính cường lực với kính bán cường lực
Kính bán cường lực (heat-strengthened glass, EN 1863) trải qua quy trình tương tự nhưng tốc độ làm nguội chậm hơn, cho ứng suất bề mặt thấp hơn: 35–70 MPa. Độ bền uốn đạt 70–100 N/mm² — cao hơn kính thường nhưng thấp hơn cường lực; quan trọng hơn, khi vỡ nó tạo mảnh lớn hơn, không đạt tiêu chuẩn safety glass và không dùng thay thế kính cường lực trong các ứng dụng an toàn. Bán cường lực thường dùng trong IGU để giảm nguy cơ vỡ nhiệt.
Ứng dụng điển hình trong xây dựng
Kính cường lực được sử dụng trong cửa kính toàn kính (frameless door), vách kính tắm, lan can kính, tấm kính sàn, mái che kính, mặt dựng curtain wall, cửa sổ tầng cao và kính ô tô. Theo QCVN 16:2019, kính trong khu vực nguy hiểm như cửa ra vào, vách kính gần mặt sàn bắt buộc phải là kính an toàn (cường lực hoặc laminé).
Tiêu chuẩn áp dụng tại Việt Nam
Tại Việt Nam, kính cường lực được kiểm soát theo TCVN 7218:2002 (kính tấm nổi) kết hợp các yêu cầu gia công của EN 12150-1 và EN 12150-2. Nhà sản xuất phải cung cấp chứng chỉ kiểm tra ứng suất bề mặt, kết quả thử va đập và nhãn dán theo EN 12150 hoặc tương đương. Dự án có yêu cầu cao thường bổ sung thử nghiệm vỡ hộp (fragmentation test) để xác minh mật độ mảnh vỡ tối thiểu theo quy định tiêu chuẩn.
Câu hỏi thường gặp
- Kính cường lực có thể bị vỡ tự phát không?
- Có. Hiện tượng vỡ tự phát xảy ra do tạp chất nickel sulfide (NiS) trong nguyên liệu thủy tinh thay đổi thể tích khi lão hóa. Xử lý nhiệt bổ sung (Heat Soak Test — HST, EN 14179) nung kính ở 290°C trong 8 giờ giúp kích hoạt và loại bỏ sớm tấm có NiS, giảm nguy cơ vỡ tự phát xuống dưới 1/400.000 tấm.
- Kính cường lực có trong suốt như kính thường không?
- Có. Độ truyền sáng (VLT) của kính cường lực tương đương kính float gốc — khoảng 89–92% với kính trắng 6mm. Quan sát dưới góc nghiêng qua kính phân cực có thể thấy vân ứng suất đặc trưng của tôi nhiệt.
- Kính cường lực có chịu nhiệt tốt hơn không?
- Có. Kính cường lực chịu sốc nhiệt tốt hơn kính thường: chịu chênh lệch nhiệt độ lên đến 200°C (kính thường chỉ khoảng 40°C). Tuy nhiên, ở nhiệt độ cháy trên 600°C kính cường lực vỡ hoàn toàn — không phải kính chịu lửa.
- Có thể nhận biết kính cường lực bằng mắt thường không?
- Chỉ một phần. Quan sát qua kính phân cực sẽ thấy vân sáng tối đặc trưng do birefringence. Ngoài ra kính cường lực thường có dấu laser khắc hoặc nhãn dán góc ghi tiêu chuẩn EN 12150 và tên nhà sản xuất.