灶具玻璃面板爆裂成因的探討

林力 李智勇

國家燃氣用具產品質量監督檢驗中心（佛山）

一、引言

家用燃氣灶作為一種最常見的廚房烹飪器具，引進中國已經有40年。上世紀八九十年代后期隨著中國經濟起飛，灶具行業也得到蓬勃發展，產品在結構、材料、功能、工藝等方面都取得了長足進步，功能更加多樣化的同時，性能也得到了很大的提高。灶的結構形式由以臺式灶為主變成臺式、嵌入式兩種結構旗鼓相當，同時面板材料逐漸多樣化，除了傳統的不銹鋼以外，出現不粘油金屬、鋼化玻璃以及陶瓷等面板。這些新式材料和結構，在引領了灶具的消費潮流的同時，也帶來了一些新的質量問題，如鋼化玻璃面板的爆裂。使用鋼化玻璃面板的灶具由于其美觀大方、易于清潔等優點，深受消費者的喜愛，近年來市場占有率逐年提升。玻璃面板灶具的保有量快速上升的同時，一些與之相關的質量事故也開始頻頻現于報端，中間甚至偶爾有知名企業的產品。

雖然家用燃氣灶具國家標準對玻璃面板的安全性有考核，但灶具玻璃面板發生爆裂與多種因素有關，如面板是否偷工減料，是否遭受重物沖擊，是否安裝使用不當等。因此有必要對面板爆裂的成因做進一步研究，剖析風險源頭，以期提出合理化的風險處置策略和措施，在保護消費者安全的同時，推動企業和行業的健康發展。

二、相關標準的規定和成因的初步分析

（一）國家標準和行業標準的相關規定

對于玻璃面板不能破裂，現行灶具國家標準GB 16410-2007《家用燃氣灶具》中規定對鋼化玻璃面板進行耐熱沖擊和耐重力沖擊試驗。耐熱沖擊試驗要求在常溫狀態下，用500 g熔化的金屬錫（232℃）澆在玻璃灶面幾何中心點，20 s后用20℃±5℃的冷水500 mL澆注灶面幾何中心點，重復做5次后檢查有無破裂。耐重力沖擊試驗則要求在常溫狀態下，用質量1800 g、直徑φ120 mm、底部圓角R10 mm、表面光滑的圓鋼餅，從距安裝狀態的灶面幾何中心點正上方200 mm處底部向下水平自由落下，重復做10次。

2002版行業標準CJ/T 157-2002《家用燃氣灶具用涂層鋼化玻璃面板》除了以上兩條，還規定對玻璃面板進行耐溫差試驗。該試驗要求在常溫狀態下，用直徑30cm的平底鍋，在鍋內加食用植物油，總重量為10kg，加溫到高于室溫120℃后，放在玻璃灶面板的中心，停留5min后檢查有無破裂。而2017版行業標準CJ/T 157-2017刪除了上述耐溫差試驗，增加了耐冷沖擊試驗。耐冷沖擊試驗要求將試樣放入高溫箱中，從常溫升溫至200℃±3℃，在此溫度下保持不少于10min后，迅速取出平放在專用工裝上，用0.2L、20℃±5℃的水迅速倒在試樣的幾何中心，對試樣正面進行3次試驗。

以上測試除耐冷沖擊試驗外均在常溫狀態下進行，均未考慮結構應力等外部條件。按照上述標準進行試驗，少有出現鋼化玻璃破裂的結果。但現實的使用環境遠比實驗室設計的測試要復雜。有必要進行綜合考慮，探討玻璃面板爆裂的成因。

（二）鋼化玻璃面板自爆成因初析

灶具鋼化玻璃面板自爆不屬于常見事故，根據幾家大型企業的市場調查、事故反饋以及試驗結果分析，主要由以下原因造成：①鋼化玻璃面板加工工藝不成熟、不完善造成有殘余應力，在未有明顯撞擊或熱應力使用條件下自然爆裂；②在使用過程中遇強大的機械沖擊，如遭受重物跌落而砸裂；③灶具安裝時由于傾斜、單邊或多邊固定而生產結構應力，在受冷熱沖擊時破裂；④灶具燃燒異常，回火、偏火造成鋼化玻璃面板局部過熱，在熱應力作用下玻璃面板自爆。

三、更多樣化的使用條件的實驗設計

根據成因分析，綜合考慮家用燃氣灶具的實際使用情況，結合家用燃氣灶具國家標準和玻璃面板行業標準的要求和試驗方法，將本次研究的實驗設計如下：

（一）耐冷熱沖擊

點燃灶具所有燃燒器并將燃燒器閥門開至最大，待燃燒器附近玻璃面板的溫度達到穩定狀態后，將1L、10℃的水通過內徑為10mm、管子底端高于玻璃面板200mm的漏斗，在20s內倒于玻璃面板的中心處。改用5℃的水，重復以上試驗。

（二）耐重力沖擊

將灶具安裝在水平測試臺上，用質量為3000g，直徑120mm，底部圓角R10，表面光滑的圓鋼餅，從距安裝狀態的玻璃面板幾何中心點200mm高度自由下落，重復10次，觀察玻璃面板是否發生爆裂。

（三）耐溫差實驗

用直徑30cm的平底鍋，在鍋內加食用植物油，總重量為10kg，加溫到高于室溫150℃后，放在玻璃灶面板的幾何中心，停留5min，觀察玻璃面板是否發生爆裂。

（四）安裝角度實驗

灶具按5°和10°傾斜角度安裝。點燃灶具所有燃燒器并將燃燒器閥門開至最大，待燃燒器附近玻璃面板的溫度達到穩定狀態后維持1h，看玻璃面板是否會發生自爆。

按以上的角度安裝，重復耐冷沖擊和耐熱沖擊試驗。

（五）固定安裝測試

灶具安裝在測試臺上，并用白水泥對玻璃面板進行固定。對灶具面板進行安裝角度試驗。

（六）點應力集中測試

按照產品說明書對灶具進行安裝，并在面板下方灶臺面上放置一邊長為5mm的等邊錐體。對灶具面板進行固定安裝試驗。

考慮到灶具行業市場保有量以大中型企業的產品為主，本系列測試選用一家大型企業（編號為HD）和一家中型企業（編號為HR）的產品各4臺進行測試，其中編號為HD3和HD4的樣品玻璃面板帶金屬包邊。

為了更好的模擬消費者的使用狀態，使用大理石測試臺進行測試，測試臺按照灶具包裝內提供的開孔尺寸開孔。

四、實驗結果及分析

表1是系列實驗的測試結果：

表1 系列實驗的測試結果

測試結果顯示，進行點應力集中測試時，在傾斜角度為10°并固定安裝狀態下進行5℃水的耐冷熱沖擊，編號為HD4的嵌入式灶玻璃面板發生了爆裂。爆裂狀態見圖1。

圖1 編號為HD4的樣品玻璃面板自爆圖

編號為HD4的樣機是一臺有金屬包邊的天然氣灶。為了進一步了解為何是這臺樣品發生爆裂，我們測量了這個安裝狀態下4臺使用天然氣的灶具在冷態和熱態下的面板尺寸，結果見表2。

表2 部分樣機玻璃面板在冷態和熱態下的尺寸

測試結果表明，不包邊的鋼化玻璃面板的受熱膨脹普遍在0.18mm～0.22mm，而有金屬包邊的面板其受熱膨脹僅有0.02mm～0.06mm。由于膨脹受到約束，包邊玻璃面板在受熱狀態下的內部應力會比較大，尤其是四個角區受點應力更為集中，內部應力更大。這種狀態下受到5℃冰水的冷沖擊，玻璃面板發生爆裂比較符合預期。可見金屬包邊的玻璃面板雖然保證玻璃在發生爆裂的時候不會發生飛濺，但卻增加了面板發生自爆的可能性。

考慮到嵌入式灶要定期更換電池，制造商并不建議用戶使用水泥一類的建筑材料對灶具進行加固，一般情況下（灶臺殘破的情況除外）用戶也不會對灶具進行額外加固。假定使用水泥加固的概率為1%。，灶臺傾斜發生的概率為1%，發生點應力集中的概率為10%。另根據媒體曝光的案例描述，發生玻璃面板自爆的事故中，約有33.3%實質性的造成了用戶的身心損傷。則造成用戶受到傷害（包括受到驚嚇）的玻璃面板自爆事故發生的概率為3.33×10-6，可見其可能性是極低的。不過這個結論僅適用于大中型企業的產品，對于小微企業甚至是假冒偽劣產品，由于其采用的玻璃面板質量良莠不齊，面板厚度偷工減料，加工工藝落后等原因，生產出來的產品甚至不能通過行標和國標的測試，在實際使用中發生爆裂的可能性會大大增加。

五、結束語

根據結果分析結合已知案例分析可知，灶具玻璃面板發生爆裂與企業產品設計有缺陷、灶具安裝不規范、消費者使用不當等的都有一定關系。

作為產品質量的主要責任者，企業在產品設計與生產時，更多地考慮了外觀因素，而對其安全因素考慮不全。本次檢測唯一發生了面板自爆的灶具就是一款帶金屬包邊的產品。玻璃面板帶金屬包邊更加美觀，更顯檔次，企業能夠賣到更好的價錢，但由于產品在釋放應力方面的先天不足，當遇到惡劣的使用環境時就會首先出現問題。可見企業過分追求利潤，對產品的設計考慮不全面是玻璃面板發生爆裂一大主因。

其次是安裝環節。現在國內對燃氣具還沒有強制由專業人士安裝的制度，對于專業性和安全性要求很高的燃氣具行業來說，這方面的標準和制度的缺失，導致了后續安裝施工的無序，容易出現安裝不規范甚至錯誤安裝的情況，導致危險的產生。

消費者使用方面，由于消費者缺乏相關的安全知識，導致了在烹調過程中對灶具造成一些不必要的冷熱沖擊和重力沖擊，或者是對燃燒器造成污染堵塞；在產品的選購方面過分看重灶具產品是否易于清潔和是否美觀等指標，甚至為了省錢而選購劣質的灶具產品，忽視其可能帶來的爆裂風險。

綜上所述，灶具發生玻璃面板爆裂的現象是比較罕見的，尤其是知名品牌和大中型企業的產品，但一旦發生則可能造成人身傷害，因此應該從生產、采購和使用等方面盡量避免。希望本文的研究能給同行的研發人員提供借鑒，為消費者選購灶具產品提供參考。