第1篇 第8章玻璃容器的成型與加工

1、第八章 玻璃容器的成型與加工8.1 熔制玻璃的原料 一一主要原料主要原料 1、引入二氧化硅的原料、引入二氧化硅的原料 常用硅砂、砂巖、石英砂等。常用硅砂、砂巖、石英砂等。 2、引入氧化鋁及氧化硼的原料、引入氧化鋁及氧化硼的原料 AL2O3長(zhǎng)石、粘土（高嶺土）等長(zhǎng)石、粘土（高嶺土）等 B2O3 硼酸、硼砂。硼酸、硼砂。 3、一價(jià)金屬氧化物原料、一價(jià)金屬氧化物原料 Na2CO3、Na2SO4、NaNO3、 KNO3 、K2CO3等等。 4、二價(jià)金屬氧化物原料、二價(jià)金屬氧化物原料 CaO 方解石、石灰石、白堊、碳酸鈣等方解石、石灰石、白堊、碳酸鈣等 MgO 白云石、菱鎂礦、碳酸鎂等白云石、菱鎂礦、碳

2、酸鎂等 BaO 硫酸鋇、碳酸鋇硫酸鋇、碳酸鋇 ZnO 鋅氧粉、菱鋅礦鋅氧粉、菱鋅礦 PbO 鉛丹、密陀僧鉛丹、密陀僧 5、四價(jià)金屬氧化物的原料、四價(jià)金屬氧化物的原料 ZrO2 鋯石英鋯石英輔助原料輔助原料1、澄清劑、澄清劑 2、著色劑、著色劑3、脫色劑、脫色劑4、乳化劑、乳化劑5、碎玻璃、碎玻璃 8.2 玻璃的熔制與成型 一一玻璃的熔制玻璃的熔制 玻璃的熔制過(guò)程玻璃的熔制過(guò)程 1、硅酸鹽形成階段、硅酸鹽形成階段 主要的固相反應(yīng)在這個(gè)階段進(jìn)行，包括配合料中水分的蒸發(fā)；具有多種晶型原料的晶型轉(zhuǎn)變；碳酸鹽相互反應(yīng)生成碳酸復(fù)鹽；碳酸復(fù)鹽和碳酸鹽的分解并與硅砂反應(yīng)生成偏硅酸鈉、偏硅酸鎂，同時(shí)放出大量CO

3、2氣體；芒硝的熔融、分解與硅砂反應(yīng)形成偏硅酸鈉，以及氧化鋁與二氧化硅形成硅酸鋁等。這一階段結(jié)束時(shí)，配合料變成由硅酸配合料變成由硅酸鹽和尚未發(fā)生反應(yīng)的硅砂組成的含有大量氣泡的燒結(jié)物鹽和尚未發(fā)生反應(yīng)的硅砂組成的含有大量氣泡的燒結(jié)物。普通瓶罐玻璃的硅酸鹽形成階段在800900前基本結(jié)束。玻璃形成階段。 繼續(xù)加熱，燒結(jié)物的低熔點(diǎn)共熔物首先熔化，最后硅砂完全溶解。到這一階段結(jié)束時(shí)，燒結(jié)物變成了玻璃態(tài)熔融物燒結(jié)物變成了玻璃態(tài)熔融物，不再含有未溶解的原料顆粒。不過(guò)玻璃熔融體中仍帶有大量氣泡和條紋，化學(xué)組成也不均勻。這一階段比硅酸鹽形成要慢得多，特別是硅砂顆粒的溶解需要較長(zhǎng)的時(shí)間。一般瓶罐玻璃的形成13001

4、600時(shí)結(jié)束。澄清階段 溫度繼續(xù)提高，玻璃的粘度降低，使玻璃中的氣泡慢慢排除。這一階段的溫度是玻璃熔制的最高溫度，普通容器玻璃的澄清階段溫度在14001500，其粘度約為100P。均化階段 該階段使玻璃熔體處于比澄清溫度稍低的高溫下，通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散作用通過(guò)對(duì)流和擴(kuò)散作用，消除玻璃中的條紋和節(jié)瘤，使玻璃的化學(xué)組成趨向一致，變成均勻均勻一致的熔體。冷卻階段。 冷卻階段使均化后的玻璃液溫度降低（一般比澄清溫度降低200300，約為1200）以達(dá)到成型要求的粘度（一般為103P）。在冷卻過(guò)程中不能再產(chǎn)生氣泡并盡可能保持玻璃液溫度均勻。冷卻時(shí)溫度不能太低，以防止玻璃產(chǎn)生析晶。不同的成型方法所要求的粘度值

5、不同，因而冷卻的溫度也不相同。 實(shí)際上，熔制過(guò)程采用連續(xù)作業(yè)，熔窯的溫度不低于1300，以上這五個(gè)階段是在熔爐的不同部位同時(shí)進(jìn)行的。實(shí)質(zhì)上硅酸鹽形成和玻璃形成兩個(gè)階段屬于玻璃的熔化玻璃的熔化，而澄清、均化和冷卻三個(gè)階段是玻璃的精煉玻璃的精煉。玻璃容器的成型玻璃容器的成型 1、玻璃粘度隨溫度的變化及特征溫度 參考點(diǎn)參考點(diǎn)粘度（粘度（P）對(duì)應(yīng)溫度（對(duì)應(yīng)溫度（）熔點(diǎn)熔點(diǎn)料滴溫度料滴溫度成型操作點(diǎn)成型操作點(diǎn)軟化點(diǎn)軟化點(diǎn)退火點(diǎn)退火點(diǎn)應(yīng)變點(diǎn)應(yīng)變點(diǎn)10210310441071013310141500156011841000724549500玻璃容器的成型玻璃容器的成型 (1)成型操作參數(shù)成型操作參數(shù) 成型范

6、圍指數(shù)成型范圍指數(shù)=軟化溫度軟化溫度-退火溫度退火溫度 相對(duì)料滴溫度相對(duì)料滴溫度=2.63成型范圍指數(shù)成型范圍指數(shù)-退火退火溫度溫度 軟化溫度軟化溫度-450 相對(duì)機(jī)速相對(duì)機(jī)速= 成型范圍指數(shù)成型范圍指數(shù)+80（2）成型方法）成型方法（ a）裝料（ b）瓶口成型（ c）吹成型坯（ d）型坯翻送（ e）吹氣成型（ a）裝料（ b） 、（ c）壓成型坯（ d）型坯翻送（ e）吹氣成型成型缺陷成型缺陷（1）外觀缺陷種類裂紋裂紋：玻璃上的細(xì)小裂痕。玻璃瓶罐在成型過(guò)程中要多次與模具、鉗子等物接觸，使瓶罐外壁上產(chǎn)生很多細(xì)小的裂紋。這些裂紋是引起玻璃瓶破裂的主要原因。剝落、傷疵剝落、傷疵：局部玻璃表面剝落一

7、層鱗片，或因模子表面有傷痕而使制品出現(xiàn)的傷痕，或制品與制品、制品與輸送帶摩擦造成的傷痕等。變形變形：成型后沒(méi)有達(dá)到規(guī)定的尺寸和形狀。 模子線模子線：由于模子合縫不嚴(yán)而造成瓶子接縫處有向外凸出的線痕。這是由于模具制造的不夠正確，或者是模具安裝不吻合造成的。錯(cuò)位錯(cuò)位：成型模、初型模、口模等是由二個(gè)半模組成的模型。當(dāng)二個(gè)半模相互錯(cuò)開(kāi)時(shí)，或口模與初型模、成型模與底模之間的位置左右錯(cuò)開(kāi)時(shí)，就會(huì)使制品相對(duì)應(yīng)部分錯(cuò)位。表面粗糙表面粗糙：因模腔表面不光滑所致，或模腔表面有油渣等污染物，使制品表面粘有污物、鐵銹等；或因滴料不正，溫度過(guò)高過(guò)低，使玻璃表面產(chǎn)生皺紋、條紋等。瓶壁厚薄不均勻瓶壁厚薄不均勻：這主要是由于

8、料滴的溫度不均勻而引起的。溫度較高的部分粘度小，比較容易吹薄，溫度較低的部分則相反。模具設(shè)計(jì)不合理也是原因之一。氣泡氣泡：瓶罐中的氣泡主要是成型過(guò)程中，沖頭上升太快，帶進(jìn)一部分空氣或雜質(zhì)所引起的。波紋波紋：在瓶罐壁上有折皺。這是由于料滴過(guò)長(zhǎng)，并且沒(méi)有滴落在初型模的中間，與模壁粘連而產(chǎn)生的。玻璃瓶罐的外觀缺陷還有結(jié)石、斑痕、不熔物、色條紋、瓶口端面不平、瓶口內(nèi)徑差、螺紋缺陷等，螺紋缺陷和瓶口端面不平都會(huì)使瓶蓋不嚴(yán)，密封程度下降。（2）規(guī)格和性能上的缺陷）規(guī)格和性能上的缺陷質(zhì)量不合格：比規(guī)定的質(zhì)量重或輕。容量不合格：比規(guī)定的容量大或小。規(guī)格尺寸不合格：未達(dá)到規(guī)定的尺寸要求。應(yīng)力不合格：超過(guò)規(guī)定應(yīng)力

9、范圍。耐熱性能不合格：在低于規(guī)定的溫差下炸裂。耐壓性能不合格：未達(dá)到規(guī)定的內(nèi)壓力便破裂。堿溶出量不合格：超過(guò)規(guī)定的堿溶出量。8.3玻璃容器的退火及表面處理 一一玻璃瓶罐的應(yīng)力玻璃瓶罐的應(yīng)力1、永久應(yīng)力、永久應(yīng)力 2、暫時(shí)應(yīng)力、暫時(shí)應(yīng)力 （1）（2）退火退火 在玻璃容器成型過(guò)程中，型坯受到的溫度變化極不均勻，如玻璃與模具接觸，受到急冷；出模后，為了防止制品變形，其冷卻速度也較快。溫度變化的不均勻，導(dǎo)致瓶體各處收縮不均勻，使玻璃表面玻璃表面和內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力和內(nèi)部產(chǎn)生了應(yīng)力。由于瓶體各處厚度不一致，各部位冷卻情況不同，也會(huì)產(chǎn)生較多的應(yīng)力。這些應(yīng)力的存在使玻璃容器的機(jī)械強(qiáng)度和熱穩(wěn)定性大大降低，甚至?xí)?/p>

10、起自行破裂。創(chuàng)造一個(gè)溫度適宜的外界環(huán)境，消除這些應(yīng)力，使玻璃容器在其中通過(guò)高溫調(diào)整，各處化學(xué)組成均勻一致，把熔制過(guò)程中因溫度不均、厚度不均和質(zhì)地不均等原因而產(chǎn)生的應(yīng)力降到最低限度。這個(gè)對(duì)成型后玻璃容器的熱處理過(guò)程就是退火退火。1.退火溫度選擇 在轉(zhuǎn)變溫度Tg以下的一段溫度范圍內(nèi)，玻璃的結(jié)構(gòu)基團(tuán)仍然能夠進(jìn)行位移，玻璃內(nèi)部可產(chǎn)生微觀粘滯性流動(dòng)，使玻璃組織均勻化，消除玻璃中的殘余應(yīng)力，這個(gè)溫度范圍稱為退火溫度范圍退火溫度范圍。 化學(xué)組成不同的玻璃其退火溫度也不同，一般玻璃容器的退火溫度為600540。另外，玻璃的退火溫度還分為最高退火溫度和最低退火溫度。最高退火溫度是指在此溫度下經(jīng)過(guò)3min 后能消

11、除95%內(nèi)應(yīng)力的溫度，此為退火上限溫度，其粘度為1011P；最低退火溫度是指在此溫度下經(jīng)3min 后能消除5%應(yīng)力時(shí)的溫度，為退火溫度的下限，在此溫度下，玻璃容器受到急冷也不再會(huì)產(chǎn)生永久應(yīng)力，此時(shí)粘度為1013P。1.退火退火 玻璃容器在退火爐中經(jīng)歷加熱、保溫、慢冷卻及快冷卻四個(gè)階段2030壁厚容器允許的永久形變快冷降溫速度：慢冷降溫速度：保溫時(shí)間：anaVanVat2221013102玻璃表面的性質(zhì)及表面處理玻璃表面的性質(zhì)及表面處理1、玻璃表面的缺口敏感性 缺口尖端半徑裂痕深度，實(shí)際強(qiáng)度理論強(qiáng)度，應(yīng)力集中系數(shù)：t0m21t0mcc2Kcpt玻璃的表面處理及強(qiáng)化玻璃的表面處理及強(qiáng)化（1）涂布法

12、）涂布法涂布法是對(duì)玻璃外表面進(jìn)行增強(qiáng)保護(hù)的處理方法，主要有：a、金屬氧化物涂敷金屬氧化物涂敷 又稱熱端涂布，通常是在退火窯進(jìn)口端使玻璃瓶在下通過(guò)一個(gè)充滿四氯化錫蒸汽的罩子，在玻璃表面形成一層二氧化錫為主的薄膜。除四氯化錫外，四氯化鈦、二氯化二甲基錫和鈦的有機(jī)化合物也可作為熱端涂布材料。 這種涂布常與下面的冷端涂布結(jié)合施行。b、有機(jī)物涂敷有機(jī)物涂敷也稱冷端涂布，是在退火爐的出口端，在瓶溫為100左右時(shí)，對(duì)玻璃瓶噴涂有機(jī)硅（硅烷或硅酮）、聚乙烯、油酸、硬脂酸等，在玻璃瓶表面形成一層具有耐磨性和潤(rùn)滑性的有機(jī)物保護(hù)層，以防止各種操作過(guò)程中的表面擦傷。C、冷、熱雙層涂敷冷、熱雙層涂敷即冷涂和熱涂配合使用

13、的涂布方法。熱涂形成的金屬氧化物起底層作用，提高了冷端涂料的附著性能。其機(jī)理為金屬氧化物涂層比原來(lái)的玻璃表面要粗糙，增大了有效表面積，有利于有機(jī)涂料的附著。另外，氧化物與玻璃表面原子形成化合鍵，產(chǎn)生與玻璃表面穩(wěn)定結(jié)合的涂層，然后有機(jī)涂料再與此涂層形成牢固結(jié)合。因此，雙層涂敷能防止玻璃表面損傷，增加表面潤(rùn)滑性，大大提高玻璃的抗沖擊性能和化學(xué)穩(wěn)定性。雙層涂敷可使同樣厚度的玻璃瓶表面強(qiáng)度提高30%。（2）硫霜化法）硫霜化法 這是一種對(duì)玻璃瓶?jī)?nèi)表面進(jìn)行增強(qiáng)處理的方法，用于醫(yī)用藥液包裝的瓶罐通常用此法進(jìn)行表面處理。在退火爐熱端向瓶子內(nèi)表面噴吹SO2氣體。 SO2是酸性氣體，可與瓶子表面的Na+發(fā)生化學(xué)反

14、應(yīng)，生成Na2SO4以濁白粉霜狀覆蓋在玻璃表面，經(jīng)水沖洗即可脫落。洗去粉霜后，玻璃表面成為缺Na+而富集SiO2的中性表面，從而提高了玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性。粉霜的沖洗工序在藥液罐裝前由灌裝廠負(fù)責(zé)完成。（3）物理強(qiáng)化法）物理強(qiáng)化法 物理強(qiáng)化法是對(duì)玻璃進(jìn)行先加熱后急冷的一種處理方法，這是一種較早采用制造鋼化玻璃的方法，也叫物理鋼化法或風(fēng)冷強(qiáng)化法?；痉椒ㄊ菍倧闹破繖C(jī)上脫模的玻璃瓶，立即送入鋼化爐內(nèi)均勻加熱到接近于玻璃的軟化溫度，然后轉(zhuǎn)入鋼化室，用多孔噴嘴的風(fēng)柵向瓶的內(nèi)、外壁上噴射冷空氣，將瓶?jī)?nèi)、外表面快速冷卻，使瓶表面產(chǎn)生收縮，獲得均勻分布的壓應(yīng)力。此時(shí)玻璃內(nèi)部仍然處于高溫可塑狀態(tài)，隨著進(jìn)一步冷卻，玻璃內(nèi)部也逐漸變硬并產(chǎn)生一定的收縮。這也是一種預(yù)先埋置壓應(yīng)力的方法，使玻璃能抵抗更高的技應(yīng)力。（4）?；瘡?qiáng)化）?；瘡?qiáng)化 采用滾花、刻痕等方式，在玻璃瓶上面形成密集粒狀花紋，可以減輕沖擊的破壞性，并提高玻璃瓶的耐內(nèi)壓強(qiáng)度。經(jīng)過(guò)粒化處理后的玻璃瓶受到?jīng)_擊時(shí)，沖擊應(yīng)力首先發(fā)生在粒面的峰頂上，經(jīng)過(guò)峰、谷間的斜面得以分解，使其沖擊破壞性得到緩和。采用此法處理的玻璃瓶強(qiáng)度約增加50%，但質(zhì)量也相應(yīng)增大。（5）離子交換法）離子交換法 離子交換法也稱為化學(xué)強(qiáng)化、化學(xué)鋼化。由于瓶罐表面處于張應(yīng)力狀態(tài)時(shí)很容易使表面裂紋擴(kuò)展，導(dǎo)致瓶罐破裂。從玻璃的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)來(lái)看，Na+填充在硅氧四面體網(wǎng)穴中，如用