玻璃包装成型工艺培训课程.pptx

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1、按照玻璃制造过程中的作用和用量，把玻璃原料分为主要原料和辅助原料两类。1.主要原料系指往玻璃中引入各种氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。按氧化物的性质又可分为酸性氧化物、碱性氧化物、碱土金属氧化物和二价氧化物、多价氧化物等。按所引入氧化物在玻璃结构中的作用，又可分为玻璃形成体氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物。2.辅助原料是指使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料。它们用量小，但作用独特而重要。根据作用的不同，分为澄清剂、着色剂、氧化剂、复原剂等。玻璃包装成型工艺玻璃包装成型工艺玻璃原料玻璃原料的选择与分类的选择与分类1.引入引入SiO2的原料的原料SiO2是最主要的

2、玻璃形成体氧化物。含SiO2的原料在自然界中分布极为广泛，适用于玻璃工业生产的有硅砂、砂岩、石英岩等。硅砂又称石英砂，为颗粒状，质地纯洁的硅砂为白色，因含有铁的氧化物和有机质，故一般呈淡黄色、浅灰色或红褐色。硅砂的化学成分主要是SiO2，随着硅砂形成的条件及伴生矿物的不同，硅砂的化学组成中可含有少量的A12O3、K2O、Na2O、CaO、MgO、Fe2O3等。注：Fe2O3和Cr2O3是有害成分，它能使玻璃着色而影响透明度。所以在制造无色玻璃时，要严格操作这些着色氧化物杂质的含量。主要原料：主要原料：2.引入引入A12O3和和B2O3的原料的原料 引入A12O3的原料有长石、粘土等天然矿物，也

3、有氧化铝、氢氧化铝等化工原料。还可以采用某些含A12O3的矿渣或尾矿。长石是向玻璃中引入A12O3的主要原料之一，常见的长石有呈粉红色的钾长石(K2O.A12O3.6SiO2)，呈白色的钠长石(Na2O.A12O3.6SiO2)和钙长石(CaO.A12O3.6SiO2)。自然界中，它们常以不同比例的混合物形成矿物，所以长石的化学组成波动较大。瓷土又称高岭土或粘土，是A12O3的原料之一。它的化学成分为A12O3.2SiO2.2H2O。因含有机杂质而呈黑色或灰色，一般含Fe2O3较多，需净化。引入B2O3的原料为硼酸、硼砂。3.一价金属氧化物原料一价金属氧化物原料主要包括Na2O、K2O、Li2

4、O。它们是主要的网络外体氧化物。纯碱(Na2CO3)是Na2O的主要来源。芒硝(Na2SO4)和硝酸钠也是Na2O的来源之一。芒硝和硝酸钠同时还具有澄清剂的作用。硝酸钾和碳酸钾是引入K2O的主要原料。氧化锂主要是由碳酸锂和天然锂矿引入的。4.二价金属氧化物原料二价金属氧化物原料主要包括CaO、MgO、BaO、ZnO、PbO等。CaO是二价的网络外体氧化物，是玻璃中的稳定剂，即增加玻璃的化学稳定性和机械强度。在高温时，CaO能降低玻璃的粘度，促进玻璃的熔化和澄清。但当温度降低时，粘度增加得很快，使成型操作的料性变短。在一般玻璃中，CaO的含量不超过12%，药用玻璃中则更低一些。CaO可通过方解石

5、、石灰石、白垩及沉淀碳酸钙原料引入。MgO在钠钙玻璃中是网络外体氧化物。以少于3.5%的MgO代替局部CaO，可以改善玻璃的料性，减慢玻璃的硬化速度。MgO还有降低析晶的倾向，增加高温时玻璃的粘度。引入氧化镁的原料有白云石，菱镁矿和沉淀碳酸镁。BaO是由硫酸钡和碳酸钡引入的；ZnO的原料为锌氧粉和菱锌矿；PbO的原料是铅丹和密陀僧。5.四价金属氧化物的原料四价金属氧化物的原料二氧化锆ZrO2是中间体氧化物，ZrO2能提高玻璃的粘度、硬度、折射率、化学稳定性，特别是能提高玻璃的耐碱性能，降低玻璃的热膨胀系数。含有ZrO2的玻璃比较难熔。引入ZrO2的原料主要是锆石英，是含有ZrO2的硅酸盐，化学

6、成分为ZrO2.SiO2。辅助原料辅助原料：1.澄清剂澄清剂在玻璃原料中参加某种在高温时本身能汽化或分解放出气体，以促进排除玻璃中气泡的物质，称为澄清剂。常用的澄清剂有白砒、三氧化二锑、硫酸盐、氟化物、氯化钠、铵盐等。2.着色剂着色剂能使玻璃着色的物质统称着色剂，它们是一些过渡或稀土金属的氧化物。3.脱色剂脱色剂玻璃的脱色主要是指减弱铁化合物对玻璃着色的影响，从而使无色玻璃具有良好的透明度。按其作用原理，可分为化学脱色剂和物理脱色剂两种。化学脱色是借助于脱色剂的氧化作用，使着色能力强的FeO变为着色能力弱的Fe2O3:4FeO(绿色)+02=2Fe2O3(黄绿色)氧化脱色剂还能消除使玻璃被有机

7、物沾染的黄色。常用氧化剂有硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、氧化锑等。物理脱色是往玻璃中参加一定数量能产生互补色的着色剂。使玻璃的黄绿色和蓝绿色得到互补。在生产中常将物理脱色和化学脱色两种方法结合使用。物理脱色剂有二氧化锰、硒、氧化钴等。4.乳化剂乳化剂乳化剂是使玻璃呈不透明乳白色的物质，又称乳浊剂。最常用的乳化剂是冰晶石(3NaF.A1F3)、氟硅酸钠(Na2SiF6)，萤石(CaF2)。氟化物作乳化剂时要与含A12O3的原料同时参加5.碎玻璃碎玻璃碎玻璃常用作玻璃原料的助熔剂。碎玻璃料的液化温度略低于基本原料，可降低了批料的熔化温度，加速熔制过程，减少了燃料。碎玻璃的用量，一般占配合料的25%

8、30%为佳。注意碎玻璃能够改变玻璃的性质和颜色，所以使用碎玻璃时要除去杂质。玻璃的熔制与成型玻璃的熔制与成型玻璃的熔制与成型是一个连续过程，玻璃原料在熔炉中熔融成玻璃液，玻璃液再经过制瓶机或拉管机制成有固定几何形状的制品。在成型时，玻璃除作机械运动外，还同周围介质进行连续的热传递，由于冷却和硬化，玻璃由粘性液态转变为可塑态，然后再变成脆性固态1.玻璃熔炉玻璃熔炉玻璃熔炉又叫玻璃熔窑。玻璃熔窑通常有两种类型:一种为池窑，另一种为坩埚窑。玻璃熔制的温度为150016OO。玻璃熔制过程玻璃熔制过程(1)硅酸盐形成阶段料粉的各组分发生一系列的物理和化学变化，大量气体逸出。形成由硅酸盐和二氧化硅组成的不

9、透明烧结物。对大多数玻璃来说，这个阶段在800900完成。(2)玻璃形成阶段继续加热，烧结物开始熔融，烧结物变成了透明体，配合料完全反响，但在玻璃中还存在着大量的气泡和条纹，化学组成和性质很不均匀。玻璃形成阶段的温度约为12001250之间。(3)澄清阶段随着温度继续提高，粘度逐渐下降，玻璃液中的可见气泡慢慢跑出，进入炉气，即所谓澄清过程。澄清阶段的温度在14001500，澄清时玻璃的粘度维持在100P左右。(4)均化阶段长时间处于高温下的玻璃液的各组分，由于分子热运动及相互扩散，逐渐趋于一致，条纹消失。使玻璃液的化学组成和折射率趋向一致的阶段叫均化。均化阶段的温度稍低于澄清阶段。(5)冷却阶

10、段玻璃的质量到达了要求后，将玻璃液冷却使温度下降200300，粘度增加到可以向供料机供料所需的数值(103P)。冷却后的温度约为1200。二、玻璃容器的成型二、玻璃容器的成型1.玻璃粘度随温度的变化及特征温度粘度的对数与温度的倒数呈直线关系。粘度在玻璃制品成型中起着重要作用，粘度随温度下降而增大的特性是玻璃制品成型和定型的基础。在玻璃生产工艺中，不同的阶段都有特征的粘度值及对应的特征温度。鉴于玻璃生产的需要，往往把这些特征粘度值对应的特征温度作为工艺参数和监测工艺过程的操作点加以操作，从而保证产品的质量和生产顺利进行。生产玻璃制品的过程可以分为成型和定型两个阶段。成型是赋于制品以一定的几何形状

11、，定型是把制品的形状固定下来。玻璃的成型和定型是连续进行的。在成型过程中，需要操作玻璃的粘度、温度，以及通过模具向周围介质的热传递。2.玻璃容器的成型玻璃容器的成型“吹吹成形法吹吹成形法”“压吹成形法压吹成形法”吹制步骤:1.玻璃液滴通过漏斗形的导向槽流入坯料模或者雏型模。2.导料器被雏型模底部取代，随后空气吹入模子（这被称为正吹）促使玻璃成形为最终形式。在这一点上，瓶子的最终成形完成。3.雏型模底部被一个坚硬的底盘取代，随后空气吹入最终成形瓶（此过程被称为反吹）以推动玻璃液成预成形瓶或者半成品瓶。4.使用紧夹固定器瓶颈环，把半成品瓶从坯料模中移出，然后旋转180度上下正向放入吹制模。5.空气

12、从瓶口吹入以使玻璃瓶外形正好跟吹制模保持一致。瓶子冷却的目的就是为了保证不变形，然后这些瓶子被放到传送带上进入了推火炉。6.压吹成形工艺:玻璃液滴的传递以及正吹的步骤跟吹吹成形工艺中的相关步骤基本相似。然而，在吹压成形的工艺中，玻璃半成品是使用金属冲头压制而成，而非吹制成形（。压吹成形工艺跟吹吹成形工艺的最后吹制成形的步骤是一致的。吹吹法成形的瓶子制造玻璃容器的退火及外表处理玻璃容器的退火及外表处理在玻璃制品生产过程中，经受了剧烈的不均匀温度变化，玻璃料滴与模具接触受至急冷；为了防止成型的制品变形，出模后的制品冷却速度也较快。这些温度变化，使玻璃外表和内部存在应力。由于瓶罐厚度不均匀，各部位冷

13、却情况不同，产生的应力是不均衡的。这些剩余的热应力使瓶罐的机械强度和热稳定性大大降低，甚至自行破裂。消除玻璃中剩余热应力的方法是退火。一、玻璃瓶罐中的应力一、玻璃瓶罐中的应力玻璃中可能存在的应力主要为热应力和结构应力。因化学组成不均匀、熔制过程中产生的条纹、疙瘩、结石等缺陷引起的热膨胀不同而产生的应力称为结构应力。结构应力是一种永久应力。因玻璃各局部加热或冷却速率不一致引起的温度不均匀而产生的应力叫做热应力。根据热应力产生的条件，可分为永久应力与临时应力。a.永久应力永久应力当玻璃冷却到室温，温度梯度消失后仍然存在的应力称为永久应力或剩余应力。永久应力产生的基本条件是:冷却速度快，开始冷却时的

14、温度在玻璃应变点之上。玻璃在应变点之上开始冷却时，外表比内部冷却的速度快。这时虽然内外层有温差，但由于粘度较小，其结构基团可以自由移动，只要降温速度不很快，因温差产生的不均匀收缩不会产生应力。如果降温速度非常快，并且温度降到应变点以下，这时，内外层温差变得非常大，外层因冷却变硬，不再收缩；而内层却随着降温要继续收缩。当内层的粘度增大到不允许玻璃的结构基团自由移动时，因不均匀收缩产生的应力将残留在玻璃中，成为永久应力。除非经退火处理，否则永久应力将一直存在于玻璃制品中。b.临时应力临时应力玻璃中随温差的存在而存在，随温差的消失而消失的热应力称为临时应力。临时应力产生的基本条件是:冷却速度快，而开

15、始冷却时的温度低于玻璃应变点。当玻璃在应变点之下冷却或加热时，内外层将产生温度差，因热膨胀伸长量不同，产生热应力。加热时，外层比内层的温度高，膨胀大，对内层产生压应力；而内层阻碍了外层的膨胀，对外层产生拉应力。冷却时，外层为拉应力，内层为压应力。拉应力与压应力大小相等，方向相反。当内外层温差消失后，拉应力和压应力也将消失，玻璃中不存在应力。一般说来，临时应力不会对玻璃制品造成损害，但如果温度急剧变化产生的临时应力超过玻璃的机械强度时，也能使玻璃破裂。二、玻璃瓶罐的退火二、玻璃瓶罐的退火1.退火温度选择退火温度选择玻璃没有固定的熔点，当玻璃从熔融态变成玻璃态时，要经过从液态到固态的转变区。在转变

16、温度(Tg)以下的适当温度范围内，玻璃的结构基团仍能位移，因而可以消除玻璃中的热应力。这个温度范围叫做退火温度范围。一般一般玻璃退火温度的上限选为粘度为1011P的600左右，而下限退火温度选为粘度为1013P的540左右。在上限退火温度下，经过3min能消除应力的95%；在下限退火温度下，经过3min能消除应力的5%。2.退火工艺退火工艺玻璃的退火工艺包括加热、保温、缓慢降温及快速降温4个阶段。a.在加热阶段，玻璃瓶罐在退火炉内加热到退火温度(通常选为比上限退火温度低2030的温度)，然后进行均热保温。b.在保温阶段，温度不变，使玻璃瓶罐各局部均匀受热，以消除内部的剩余应力。保温时间与壁厚有

17、关，可由下面的经验公式计算:t=102a2c.在缓慢降温(慢冷)阶段，要严格操作降温速率，以不致于在玻璃中产生新的热应力。d.当温度降到应变点以下，玻璃中只会产生临时应力，不再产生永久应力，这时可以进入快速降温(快冷)阶段，以缩短退火时间。冷却速度可为2.5/min。对于较厚的玻璃制品，仍然要操作降温速率，以防因降温太快，使产生的临时应力超过玻璃的强度极限，引起制品破裂。三、玻璃外表三、玻璃外表性质与性质与处理处理玻璃的外表状态、组成和结构与其内部的组成、结构有很大差异。玻璃的外表性质对其主体性质有重大影响。玻璃的化学稳定性，实际上取决于其外表的化学稳定性，玻璃的机械强度、抗冲击性能也在相当大

18、程度上决定于玻璃外表的形态与结构。为了改进玻璃的外表性质，提高玻璃容器的性能，要对玻璃外表进行处理，一般与退火同时进行。玻璃的化学稳定性与玻璃的组成有很大关系。玻璃对水、酸的稳定性主要由硅氧和碱金属氧化物的相对含量决定。含Na2O较少的硼硅酸盐玻璃有较高的化学稳定性。采用适当的技术，使玻璃外表中的Na2O含量减少而成为富SiO2的外表层，将会改善玻璃的化学稳定性。性质性质:处理处理:(1)酸处理。用氢氟酸或与硫酸配制成混合酸处理玻璃外表，以腐蚀掉玻璃外表的微小裂纹，或使裂纹尖端半径增大，以提高玻璃强度。(2)火抛光。加热玻璃至软化温度左右，借外表张力使裂纹愈合，俗称火抛光或同相愈合处理。(3)

19、涂敷有机化合物。在玻璃外表涂敷有机硅或其他有机化合物，形成坚实的有机硅薄膜，使外表裂纹愈合的方法，俗称异相愈合。常用的有机硅化合物有甲基硅油、一甲基二氯硅烷、二苯基二氯硅烷等。采用有机硅涂敷不仅改善了玻璃的机械强度，使玻璃的化学稳定性提高，而且使玻璃具有特殊的光学性能和抗冲击性能。(4)硫霜化反响。玻璃制品在退火过程中局部碱性氧化物能与炉气中的酸性气体(SO2)发生反响，生成硫酸钠粉霜，洗去粉霜后在玻璃外表上富集了二氧化硅，从而提高玻璃的化学稳定性。双层涂敷工艺双层涂敷工艺双层涂敷是在上述涂敷有机化合物涂层的基础上开展起来的。通常双层涂敷也在退火炉中进行。在涂敷有机化合物之前，先涂敷一层金属氧

20、化物，如氧化锡、氧化铁等。一般是在退火炉的热端参加金属涂敷剂(常为金属氯化物)，使之涂布于已成型的热玻璃瓶上，厚度约为1nm，金属涂敷剂在高温下变为氧化物。同时，在退火炉的冷端参加有机硅(硅烷或硅酮)、聚乙烯、硬脂酸等有机物涂敷剂。双层涂敷防止了玻璃外表损伤，增加了外表润滑，大大提高了玻璃的抗冲击性能和化学稳定性。利用双层涂敷工艺可使瓶壁厚度减少30%而保持原来的机械强度，这不但减少了因热冲击引起的破碎，而且使瓶重大大减轻。因而双层涂敷工艺成为高强度轻量玻璃容器制造技术中的重要工艺。强化玻璃与轻量玻璃容器强化玻璃与轻量玻璃容器玻璃的强化技术是根据玻璃的抗压强度比抗拉强度高的原理而设计的，采用物

21、理的(热处理)或化学的(离子交换)方法，将能抵抗拉应力的压应力层预先置入玻璃外表，使玻璃在受到拉应力时，首先抵消外表层的压应力，从而提高玻璃的抗拉强度。玻璃的强化技术与双层涂敷工艺相结合，开辟研制了高强度轻量玻璃容器，有效地克服了玻璃包装材料重量大、易破碎的缺点，成为当今玻璃包装材料的一个主要开展方向。一、玻璃强化技术一、玻璃强化技术1.玻璃外表的热处理玻璃外表的热处理通过热处理然后急冷制造钢化玻璃的技术是较早采用的强化玻璃的方法，也叫风冷强化法。它的基本作法是用冷空气或油浴急剧冷却处于高温但尚未软化的玻璃。由于玻璃外表与内部冷却速率不同而产生剩余应力。开始，玻璃外表迅速变硬，而玻璃内部仍然处

22、于高温可塑状态。随着进一步冷却，玻璃内部也开始变硬并产生收缩。内部玻璃的收缩对已经变硬的外表产生了压应力，同时，在玻璃内部产生拉应力。这种玻璃冷却到室温时，剩余应力仍然保持着。当从外部向玻璃施加拉应力时，首先要抵消外表的压应力，从而提高了玻璃强度2.化学强化处理化学强化处理将一般玻璃置于欲置换离子的熔盐中，在玻璃外表进行离子交换使玻璃强化的方法通常称为化学钢化。化学强化玻璃的原理是把玻璃组成中的Na+离子置换为半径较大的K+离子(K+离子半径为0.133nm，而Na+离子半径为0.097nm)。由于这种置换作用，将其抵抗拉应力的压应力层预先置入玻璃外表，从而实现了玻璃强化的目的。二、轻量玻璃容

23、器二、轻量玻璃容器1.重容比重容比玻璃瓶罐的重量与其容积之比，称为重容比，常用W(g)/C(ml)表示。重容比是评价同样容积的瓶子重量大小的参数，重容比越大，其重量越大。玻璃瓶重与壁厚有关，一般说来，重量瓶是指平均壁厚为3.5mm的玻璃瓶，而轻量瓶的壁厚平均为22.5mm。2.轻量瓶的级轻量瓶的级在研制轻量瓶的过程中，人们利用以下经验公式来表示轻量瓶的级别或轻量级的程度:L=0.44WV-0.77（8-3）式中，L为轻量化级；W为瓶重(g)；V为瓶容积(m1)。3.轻量瓶的设计轻量瓶的设计在轻量瓶设计中，主要应考虑以下因素:(1)为了使瓶壁厚度均匀，在选料上要选含A12O3、MgO的钠钙玻璃。由于瓶壁薄，散热快，应使玻璃的料性较长。粘度-温度变化要与机速相适应。(2)为了使瓶罐有较好的机械强度，必须在瓶形设计中考虑影响强度的因素，如防止螺纹瓶口、减少瓶(颈)高度，防止瓶肩及瓶底局部过大的曲率半径等。(3)采用双层涂敷、离子交换等先进的强化玻璃技术工艺制造玻璃瓶。演讲完毕，谢谢观看！