玻璃包裝材料ppt課件

1、第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料 玻璃的定義及分類 定義 廣義包括：無機(jī)玻璃和有機(jī)玻璃兩大類。 這里玻璃指無機(jī)玻璃。 定義：介于晶態(tài)和液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)，由熔融體過冷而得，其內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶態(tài)，其結(jié)構(gòu)為短程有序和長程無序。 組成及分類 元素玻璃 玻璃 鹵化物玻璃 氧化物玻璃：工業(yè)生產(chǎn)的商品玻璃的主要品種。 硫?qū)俨ＡУ?玻璃的命名 由兩種以上玻璃形成體氧化物組成的玻璃，以其含量多少來命名。舉例：在SiO2 , B2O3 , Al2O3 作玻璃形成體構(gòu)成的玻璃中，如果氧化物含量SiO2 B2O3 Al2O3 叫做鋁硼硅酸鹽。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第一節(jié) 玻璃的結(jié)構(gòu)

2、 一、晶體與玻璃晶體與玻璃的比容-溫度曲線比容溫度玻璃態(tài)晶態(tài)熔融態(tài)液態(tài)過冷熔體TgTm第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料2、Na2O-CaO-SiO2系玻璃結(jié)構(gòu)第一節(jié) 玻璃的結(jié)構(gòu) 第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料3、普通玻璃結(jié)構(gòu) 普通玻璃組成含有Na2O12%16%），CaO （6%12%）， SiO266%75%），還有少量Al2O3 , MgO等氧化物，屬鈉鈣系玻璃。第一節(jié) 玻璃的結(jié)構(gòu) 第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第二節(jié) 玻璃的物理性能決定于 構(gòu)成玻璃的原子質(zhì)量 也與原子的堆積及配位數(shù)有關(guān)。 玻璃結(jié)構(gòu)緊密，密度增大。反之，則降低。各類玻璃密度相差甚大。 密度最小的石英玻

3、璃為2.21g/cm3 含有大量氧化鉛的重燧石玻璃密度達(dá)6.5g/cm3 普通玻璃密度在2.5g/cm3左右（一密度第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料（二硬度硬度是固體材料抵抗另一種固體深入其內(nèi)部而不產(chǎn)生殘余形變的能力。玻璃的硬度主要決定于原子半徑、電荷大小及堆積密度。第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料（三機(jī)械強(qiáng)度玻璃是一種脆性材料， 其機(jī)械強(qiáng)度一般用耐壓、抗張、 抗沖擊強(qiáng)度等表示。 分理論強(qiáng)度和實(shí)際強(qiáng)度。第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料粘度：是表征流體內(nèi)摩擦力或者表示阻礙液體流動性質(zhì)的物理量。AFvy流體的粘度f=.A.(dv/dy)

4、 式中：f內(nèi)摩擦力 A液層面積 dv/dy垂直于流體移動 方向上的速度梯度。比例系數(shù)叫做內(nèi)摩擦系數(shù)或粘度。=(f/A)/(dv/dy)=/(dv/dy)式中： 粘性液體流動時(shí)的剪切應(yīng)力 粘度，單位泊P),或用Pa .s表示。 10P=1Pa .s（四玻璃的粘度第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料 在玻璃加工工藝中，經(jīng)常把粘度在10105 Pa .s102106P范圍內(nèi)隨溫度變化的快慢叫做玻璃的料性。長性玻璃料性長的粘度隨溫度變化慢；短性玻璃料性短的粘度隨溫度變化快。注意（四玻璃的粘度第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料定義：物體把熱能傳遞給溫度較

5、低方向的能力，稱為導(dǎo)熱性。玻璃是熱的不良導(dǎo)體。高溫時(shí)主要是輻射傳熱；低溫時(shí)則以熱傳導(dǎo)為主。玻璃的導(dǎo)熱性與組成有關(guān)。 引入SiO2 , B2O3 , Al2O3 等氧化物時(shí)，導(dǎo)熱性增加。 引入一價(jià)和二價(jià)金屬氧化物時(shí)，導(dǎo)熱性降低。玻璃的導(dǎo)熱性第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料（六玻璃的光學(xué)性質(zhì) 玻璃有優(yōu)異的光學(xué)性能，其光學(xué)性質(zhì)包括折射、反射和透射。取決于玻璃的組成，與制造工藝與光的波長有關(guān)。對于玻璃容器，透明的玻璃包裝可以促進(jìn)產(chǎn)品的銷售?？梢姽馀c紫外光的穿透可加速玻璃容器中有些產(chǎn)品的變質(zhì)。第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料 玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性是指玻

6、璃抗耐氣體、水、酸、堿或其他化學(xué)試劑、藥物溶液等侵蝕的能力。 一般玻璃具有極好的化學(xué)惰性，但成分中的Na2O及其他金屬離子能溶于水，而導(dǎo)致玻璃的侵蝕及與其接觸的溶液的pH值發(fā)生變化。玻璃水潮濕空氣酸堿（七玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料5、玻璃化學(xué)穩(wěn)定性測試 粉末法用水、酸或堿溶液對一定顆粒度和一定質(zhì)量的 玻璃粉末進(jìn)行侵蝕，然后再選擇適當(dāng)方法測定 其浸蝕量。粉末法是對玻璃新的斷面的浸蝕，能較客觀反映玻璃本身的化學(xué)穩(wěn)定性。 表面法對一定表面積的玻璃試樣或容器，用水、酸或 堿溶液進(jìn)行浸蝕的測定方法。具有與實(shí)際使用條件接近的優(yōu)點(diǎn)。玻璃表面狀態(tài)會隨時(shí)受到周圍

7、氣氛的影響。第二節(jié) 玻璃的物理性能第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工一.玻璃的熔制和成型 一）、玻璃的熔制 1、玻璃熔爐 又叫玻璃熔窯。有兩種類型：池窯和坩堝窯。 熔制溫度為15001600。 由耐火材料制成，規(guī)格用面積表示，爐壁壽命3年。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工一.玻璃的熔制和成型 2、玻璃熔制過程 硅酸鹽形成階段 反應(yīng)在較大程度上是在固態(tài)下進(jìn)行的，這一階段結(jié)束時(shí)，配合料變成了由硅酸鹽和二氧化硅組成的不透明燒結(jié)物。 在800-900完成。 玻璃形成階段 繼續(xù)加熱，硅酸鹽與剩余二氧化硅相互熔解，燒結(jié)物變成了透明體，化學(xué)組

8、成和性質(zhì)不穩(wěn)定。 溫度在1200-1250之間。 澄清階段 溫度提高，粘度逐漸下降，玻璃液中的可見氣泡慢慢跑出，進(jìn)入爐氣，即所謂澄清過程。 溫度1400-1500。 粘度維持在100P左右。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 均化階段 玻璃的化學(xué)組成和折射率趨向一致的階段叫均化。 溫度稍低于澄清階段。 冷卻階段 玻璃的質(zhì)量達(dá)到了要求，冷卻玻璃液使溫度下降200300。 冷卻后溫度約為1200。 粘度增加到可向供料機(jī)供料所需數(shù)值1000P)。 熔制過程是連續(xù)作業(yè)，5個(gè)階段在熔爐的不同部位進(jìn)行。一.玻璃的熔制和成型2、玻璃熔制過程第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材

9、料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 二)、玻璃容器的成型 1、玻璃粘度隨溫度的變化及特征溫度 粘度隨溫度下降而增大的特性是玻璃制品成型和定型的基礎(chǔ)。 在玻璃生產(chǎn)中常把不同階段的特征粘度值及對應(yīng)的特征溫度作為工藝參數(shù)和監(jiān)測工藝過程的操作點(diǎn)加以控制。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工熔點(diǎn)：又叫熔融溫度，玻璃熔點(diǎn)是一個(gè)溫度范圍。成型操作點(diǎn)：在操作點(diǎn)到軟化點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)，粘度變化劇烈，玻璃在此范圍成型。對瓶罐玻璃，成型開始料滴和結(jié)束的粘度分別為103P和107P，對應(yīng)溫度分別為1200和760左右。軟化點(diǎn)：是玻璃不能形變的最高溫度。退化點(diǎn)：原子有足夠的擴(kuò)散速度，可以在短時(shí)間

10、內(nèi)消除玻璃剩余應(yīng)力。應(yīng)變點(diǎn)：玻璃開始變?yōu)榇嘈怨腆w。在應(yīng)變點(diǎn)附近由于粘度增加，引入的應(yīng)力將成為剩余應(yīng)力留在硬化玻璃中。二)、玻璃容器的成型第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工二)、玻璃容器的成型第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工三）、成型缺陷玻璃容器成型后，可能存在許多缺陷，一些來自玻璃原料，一些來自模具、成型操作。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 三、玻璃容器的退火及表面處理 玻璃在成型后冷卻過程中產(chǎn)生的剩余熱應(yīng)力使瓶罐的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性大大降低，甚至自行破裂，玻璃容器及制品的退火就是消除玻璃中剩

11、余熱應(yīng)力的熱處理過程。 玻璃瓶罐中的應(yīng)力 永久應(yīng)力 當(dāng)玻璃冷卻到室溫，溫度梯度消失后仍然存在的應(yīng)力稱為永久應(yīng)力或剩余應(yīng)力。 產(chǎn)生的基本條件：冷卻的速度快，開始冷卻的溫度在玻璃應(yīng)變點(diǎn)之上。 除非經(jīng)退火處理，否則永久應(yīng)力將一直存在于玻璃制品中。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 暫時(shí)應(yīng)力 玻璃中隨溫差的存在而存在，隨溫差的消失而消失的熱應(yīng)力稱為暫時(shí)應(yīng)力。 產(chǎn)生的基本條件：冷卻速度快，而開始冷卻時(shí)的溫度低于玻璃應(yīng)變點(diǎn)。 一般來說，暫時(shí)應(yīng)力不會對玻璃制品造成損害，如果溫度急劇變化產(chǎn)生的暫時(shí)應(yīng)力超過玻璃的機(jī)械強(qiáng)度時(shí)，也能使玻璃破裂。 玻璃瓶罐的退火 是指消除或減小玻璃中的

12、剩余應(yīng)力至允許值的熱處理過程。 任何玻璃制品在加工過程中都存在著剩余熱應(yīng)力或永久應(yīng)力。三、玻璃容器的退火及表面處理第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 退火溫度選擇 退火溫度范圍：在轉(zhuǎn)變溫度Tg以下的適當(dāng)溫度范圍內(nèi)，玻璃的結(jié)構(gòu)基團(tuán)仍能位移，因而可以消除玻璃中的熱應(yīng)力。 一般普通玻璃上限選為粘度為1011P的600 左右，下限選為粘度為1013P的540 左右。 上限退火溫度下，經(jīng)3分鐘能消除應(yīng)力的95%，下限退火溫度下，經(jīng)3分鐘能消除應(yīng)力的5%。 退火工藝 包括加熱、保溫、緩慢降溫及快速降溫4個(gè)階段。 退火熱處理工藝有一次退火和二次退火之分。 玻璃瓶罐成型后立即進(jìn)

13、入退火爐的熱處理稱為一次退火。玻璃制品在冷卻后再進(jìn)行退火的叫二次退火。 退火熱處理在退火爐中進(jìn)行的。三、玻璃容器的退火及表面處理第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 玻璃表面處理技術(shù) 只介紹與退火有關(guān)的表面處理技術(shù) 主要包括消除表面裂紋的酸處理、火拋光、涂層、玻璃表面硫霜化反應(yīng)、雙層涂敷工藝。 酸處理：用氫氟酸或與硫酸配制成混合酸處理玻璃表面，以腐蝕掉表面微小裂紋或使裂紋尖端半徑增大，以提高玻璃強(qiáng)度。 火拋光：加熱玻璃至軟化溫度左右，借表面張力使裂紋愈合，俗稱火拋光或同相處理。 涂敷有機(jī)化合物：在玻璃表面涂敷有機(jī)硅或其他有機(jī)化合物，形成堅(jiān)實(shí)的有機(jī)硅薄膜，使表面裂紋

14、愈合的方法，俗稱異相愈合。三、玻璃容器的退火及表面處理第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料第三節(jié) 玻璃容器的成型與加工 硫霜化反應(yīng)：玻璃制品在退火過程中部分堿性氧化物能與爐氣中的酸性氣體發(fā)生反應(yīng)，洗去粉霜后在玻璃表面上富集了二氧化硅，提高的玻璃穩(wěn)定性。 雙層涂敷工藝：是一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。通常也在退火爐中進(jìn)行，涂敷有機(jī)化合物之前，先涂敷一層金屬氧化物，如氧化錫、氧化鈦等。在退火爐的熱端加入金屬涂敷層，在冷端加入有機(jī)硅等有機(jī)化合物。大大提高了抗沖擊性能和化學(xué)穩(wěn)定性。玻璃表面處理技術(shù)三、玻璃容器的退火及表面處理第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料4. 強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃 強(qiáng)化玻璃又叫鋼化玻璃。 玻

15、璃的強(qiáng)化技術(shù)是根據(jù)玻璃的抗壓強(qiáng)度比抗拉強(qiáng)度高的原理而設(shè)計(jì)的，采用熱處理或離子交換方法，將能抵抗拉應(yīng)力的壓應(yīng)力層預(yù)先置入玻璃表面，使玻璃在受到拉應(yīng)力時(shí)，首先抵消表面層的壓應(yīng)力。 玻璃的強(qiáng)化技術(shù)與雙層涂敷工藝相結(jié)合，開發(fā)研制了高強(qiáng)度輕量玻璃容器，成為當(dāng)今玻璃包裝材料的一個(gè)主要發(fā)展方向。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料4. 強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃 玻璃強(qiáng)化技術(shù) 玻璃表面的熱處理 通過熱處理然后急冷制造鋼化玻璃的技術(shù)是較早采用的強(qiáng)化玻璃的方法，也叫風(fēng)冷強(qiáng)化法。 基本作法是用冷空氣或油浴急劇冷卻處于高溫但尚未軟化的玻璃。20 10 0 10 20壓應(yīng)力張應(yīng)力120 80 40 0 40 80 120

16、外表內(nèi)部外表鋼化玻璃的表面與內(nèi)部剩余應(yīng)力截面圖）第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料4. 強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃 化學(xué)強(qiáng)化處理 在玻璃表面進(jìn)行離子交換使玻璃強(qiáng)化的方法統(tǒng)稱為化學(xué)鋼化。 原理是把玻璃組成中的Na+置換為半徑較大的K+，由于這種置換作用，將其抵抗拉應(yīng)力的壓應(yīng)力層預(yù)先置入玻璃表面，實(shí)現(xiàn)了玻璃強(qiáng)化的目的。 將普通玻璃置于欲置換離子的熔巖中，在高溫下進(jìn)行離子交換處理是一種使玻璃化學(xué)鋼化的方法。第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料 輕量玻璃容器 重容比 玻璃瓶罐的重量與其容積之比。常用W(g)/C(ml)表示。 是評價(jià)同樣容積的瓶子重量大小的參數(shù)。 玻璃瓶重與壁厚有關(guān)。 重量瓶是指平均壁厚為3.5mm玻璃瓶。 輕量瓶壁厚平均為22.5mm。4. 強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃第十章第十章 玻璃包裝材料玻璃包裝材料 輕量瓶的級 可以經(jīng)驗(yàn)公式來表示輕量瓶的級別或輕量級的程度 L=0.44WV-0.77 式中：L為輕量化級；W為瓶重；V為瓶容積(ml)。輕量瓶的輕量化級L級別L級別1.4重重量量級級0.71輕輕量量級級11.4標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)重重量量級級 0 0. .7 7超超輕輕量量級級4. 強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃第十章第十