第1篇 第8章玻璃容器的成型与加工

1、第八章 玻璃容器的成型与加工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、砂岩、石英砂等。常用硅砂、砂岩、石英砂等。 2、引入氧化铝及氧化硼的原料、引入氧化铝及氧化硼的原料 AL2O3长石、粘土（高岭土）等长石、粘土（高岭土）等 B2O3 硼酸、硼砂。硼酸、硼砂。 3、一价金属氧化物原料、一价金属氧化物原料 Na2CO3、Na2SO4、NaNO3、 KNO3 、K2CO3等等。 4、二价金属氧化物原料、二价金属氧化物原料 CaO 方解石、石灰石、白垩、碳酸钙等方解石、石灰石、白垩、碳酸钙等 MgO 白云石、菱镁矿、碳酸镁等白云石、菱镁矿、碳

2、酸镁等 BaO 硫酸钡、碳酸钡硫酸钡、碳酸钡 ZnO 锌氧粉、菱锌矿锌氧粉、菱锌矿 PbO 铅丹、密陀僧铅丹、密陀僧 5、四价金属氧化物的原料、四价金属氧化物的原料 ZrO2 锆石英锆石英辅助原料辅助原料1、澄清剂、澄清剂 2、着色剂、着色剂3、脱色剂、脱色剂4、乳化剂、乳化剂5、碎玻璃、碎玻璃 8.2 玻璃的熔制与成型 一一玻璃的熔制玻璃的熔制 玻璃的熔制过程玻璃的熔制过程 1、硅酸盐形成阶段、硅酸盐形成阶段 主要的固相反应在这个阶段进行，包括配合料中水分的蒸发；具有多种晶型原料的晶型转变；碳酸盐相互反应生成碳酸复盐；碳酸复盐和碳酸盐的分解并与硅砂反应生成偏硅酸钠、偏硅酸镁，同时放出大量CO

3、2气体；芒硝的熔融、分解与硅砂反应形成偏硅酸钠，以及氧化铝与二氧化硅形成硅酸铝等。这一阶段结束时，配合料变成由硅酸配合料变成由硅酸盐和尚未发生反应的硅砂组成的含有大量气泡的烧结物盐和尚未发生反应的硅砂组成的含有大量气泡的烧结物。普通瓶罐玻璃的硅酸盐形成阶段在800900前基本结束。玻璃形成阶段。 继续加热，烧结物的低熔点共熔物首先熔化，最后硅砂完全溶解。到这一阶段结束时，烧结物变成了玻璃态熔融物烧结物变成了玻璃态熔融物，不再含有未溶解的原料颗粒。不过玻璃熔融体中仍带有大量气泡和条纹，化学组成也不均匀。这一阶段比硅酸盐形成要慢得多，特别是硅砂颗粒的溶解需要较长的时间。一般瓶罐玻璃的形成13001

4、600时结束。澄清阶段 温度继续提高，玻璃的粘度降低，使玻璃中的气泡慢慢排除。这一阶段的温度是玻璃熔制的最高温度，普通容器玻璃的澄清阶段温度在14001500，其粘度约为100P。均化阶段 该阶段使玻璃熔体处于比澄清温度稍低的高温下，通过对流和扩散作用通过对流和扩散作用，消除玻璃中的条纹和节瘤，使玻璃的化学组成趋向一致，变成均匀均匀一致的熔体。冷却阶段。 冷却阶段使均化后的玻璃液温度降低（一般比澄清温度降低200300，约为1200）以达到成型要求的粘度（一般为103P）。在冷却过程中不能再产生气泡并尽可能保持玻璃液温度均匀。冷却时温度不能太低，以防止玻璃产生析晶。不同的成型方法所要求的粘度值

5、不同，因而冷却的温度也不相同。 实际上，熔制过程采用连续作业，熔窑的温度不低于1300，以上这五个阶段是在熔炉的不同部位同时进行的。实质上硅酸盐形成和玻璃形成两个阶段属于玻璃的熔化玻璃的熔化，而澄清、均化和冷却三个阶段是玻璃的精炼玻璃的精炼。玻璃容器的成型玻璃容器的成型 1、玻璃粘度随温度的变化及特征温度 参考点参考点粘度（粘度（P）对应温度（对应温度（）熔点熔点料滴温度料滴温度成型操作点成型操作点软化点软化点退火点退火点应变点应变点10210310441071013310141500156011841000724549500玻璃容器的成型玻璃容器的成型 (1)成型操作参数成型操作参数 成型范

6、围指数成型范围指数=软化温度软化温度-退火温度退火温度 相对料滴温度相对料滴温度=2.63成型范围指数成型范围指数-退火退火温度温度 软化温度软化温度-450 相对机速相对机速= 成型范围指数成型范围指数+80（2）成型方法）成型方法（ a）装料（ b）瓶口成型（ c）吹成型坯（ d）型坯翻送（ e）吹气成型（ a）装料（ b） 、（ c）压成型坯（ d）型坯翻送（ e）吹气成型成型缺陷成型缺陷（1）外观缺陷种类裂纹裂纹：玻璃上的细小裂痕。玻璃瓶罐在成型过程中要多次与模具、钳子等物接触，使瓶罐外壁上产生很多细小的裂纹。这些裂纹是引起玻璃瓶破裂的主要原因。剥落、伤疵剥落、伤疵：局部玻璃表面剥落一

7、层鳞片，或因模子表面有伤痕而使制品出现的伤痕，或制品与制品、制品与输送带摩擦造成的伤痕等。变形变形：成型后没有达到规定的尺寸和形状。 模子线模子线：由于模子合缝不严而造成瓶子接缝处有向外凸出的线痕。这是由于模具制造的不够正确，或者是模具安装不吻合造成的。错位错位：成型模、初型模、口模等是由二个半模组成的模型。当二个半模相互错开时，或口模与初型模、成型模与底模之间的位置左右错开时，就会使制品相对应部分错位。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、铁锈等；或因滴料不正，温度过高过低，使玻璃表面产生皱纹、条纹等。瓶壁厚薄不均匀瓶壁厚薄不均匀：这主要是由于

8、料滴的温度不均匀而引起的。温度较高的部分粘度小，比较容易吹薄，温度较低的部分则相反。模具设计不合理也是原因之一。气泡气泡：瓶罐中的气泡主要是成型过程中，冲头上升太快，带进一部分空气或杂质所引起的。波纹波纹：在瓶罐壁上有折皱。这是由于料滴过长，并且没有滴落在初型模的中间，与模壁粘连而产生的。玻璃瓶罐的外观缺陷还有结石、斑痕、不熔物、色条纹、瓶口端面不平、瓶口内径差、螺纹缺陷等，螺纹缺陷和瓶口端面不平都会使瓶盖不严，密封程度下降。（2）规格和性能上的缺陷）规格和性能上的缺陷质量不合格：比规定的质量重或轻。容量不合格：比规定的容量大或小。规格尺寸不合格：未达到规定的尺寸要求。应力不合格：超过规定应力

9、范围。耐热性能不合格：在低于规定的温差下炸裂。耐压性能不合格：未达到规定的内压力便破裂。碱溶出量不合格：超过规定的碱溶出量。8.3玻璃容器的退火及表面处理 一一玻璃瓶罐的应力玻璃瓶罐的应力1、永久应力、永久应力 2、暂时应力、暂时应力 （1）（2）退火退火 在玻璃容器成型过程中，型坯受到的温度变化极不均匀，如玻璃与模具接触，受到急冷；出模后，为了防止制品变形，其冷却速度也较快。温度变化的不均匀，导致瓶体各处收缩不均匀，使玻璃表面玻璃表面和内部产生了应力和内部产生了应力。由于瓶体各处厚度不一致，各部位冷却情况不同，也会产生较多的应力。这些应力的存在使玻璃容器的机械强度和热稳定性大大降低，甚至会引

10、起自行破裂。创造一个温度适宜的外界环境，消除这些应力，使玻璃容器在其中通过高温调整，各处化学组成均匀一致，把熔制过程中因温度不均、厚度不均和质地不均等原因而产生的应力降到最低限度。这个对成型后玻璃容器的热处理过程就是退火退火。1.退火温度选择 在转变温度Tg以下的一段温度范围内，玻璃的结构基团仍然能够进行位移，玻璃内部可产生微观粘滞性流动，使玻璃组织均匀化，消除玻璃中的残余应力，这个温度范围称为退火温度范围退火温度范围。 化学组成不同的玻璃其退火温度也不同，一般玻璃容器的退火温度为600540。另外，玻璃的退火温度还分为最高退火温度和最低退火温度。最高退火温度是指在此温度下经过3min 后能消

11、除95%内应力的温度，此为退火上限温度，其粘度为1011P；最低退火温度是指在此温度下经3min 后能消除5%应力时的温度，为退火温度的下限，在此温度下，玻璃容器受到急冷也不再会产生永久应力，此时粘度为1013P。1.退火退火 玻璃容器在退火炉中经历加热、保温、慢冷却及快冷却四个阶段2030壁厚容器允许的永久形变快冷降温速度：慢冷降温速度：保温时间：anaVanVat2221013102玻璃表面的性质及表面处理玻璃表面的性质及表面处理1、玻璃表面的缺口敏感性 缺口尖端半径裂痕深度，实际强度理论强度，应力集中系数：t0m21t0mcc2Kcpt玻璃的表面处理及强化玻璃的表面处理及强化（1）涂布法

12、）涂布法涂布法是对玻璃外表面进行增强保护的处理方法，主要有：a、金属氧化物涂敷金属氧化物涂敷 又称热端涂布，通常是在退火窑进口端使玻璃瓶在下通过一个充满四氯化锡蒸汽的罩子，在玻璃表面形成一层二氧化锡为主的薄膜。除四氯化锡外，四氯化钛、二氯化二甲基锡和钛的有机化合物也可作为热端涂布材料。 这种涂布常与下面的冷端涂布结合施行。b、有机物涂敷有机物涂敷也称冷端涂布，是在退火炉的出口端，在瓶温为100左右时，对玻璃瓶喷涂有机硅（硅烷或硅酮）、聚乙烯、油酸、硬脂酸等，在玻璃瓶表面形成一层具有耐磨性和润滑性的有机物保护层，以防止各种操作过程中的表面擦伤。C、冷、热双层涂敷冷、热双层涂敷即冷涂和热涂配合使用

13、的涂布方法。热涂形成的金属氧化物起底层作用，提高了冷端涂料的附着性能。其机理为金属氧化物涂层比原来的玻璃表面要粗糙，增大了有效表面积，有利于有机涂料的附着。另外，氧化物与玻璃表面原子形成化合键，产生与玻璃表面稳定结合的涂层，然后有机涂料再与此涂层形成牢固结合。因此，双层涂敷能防止玻璃表面损伤，增加表面润滑性，大大提高玻璃的抗冲击性能和化学稳定性。双层涂敷可使同样厚度的玻璃瓶表面强度提高30%。（2）硫霜化法）硫霜化法 这是一种对玻璃瓶内表面进行增强处理的方法，用于医用药液包装的瓶罐通常用此法进行表面处理。在退火炉热端向瓶子内表面喷吹SO2气体。 SO2是酸性气体，可与瓶子表面的Na+发生化学反

14、应，生成Na2SO4以浊白粉霜状覆盖在玻璃表面，经水冲洗即可脱落。洗去粉霜后，玻璃表面成为缺Na+而富集SiO2的中性表面，从而提高了玻璃的化学稳定性。粉霜的冲洗工序在药液罐装前由灌装厂负责完成。（3）物理强化法）物理强化法 物理强化法是对玻璃进行先加热后急冷的一种处理方法，这是一种较早采用制造钢化玻璃的方法，也叫物理钢化法或风冷强化法。基本方法是将刚从制瓶机上脱模的玻璃瓶，立即送入钢化炉内均匀加热到接近于玻璃的软化温度，然后转入钢化室，用多孔喷嘴的风栅向瓶的内、外壁上喷射冷空气，将瓶内、外表面快速冷却，使瓶表面产生收缩，获得均匀分布的压应力。此时玻璃内部仍然处于高温可塑状态，随着进一步冷却，玻璃内部也逐渐变硬并产生一定的收缩。这也是一种预先埋置压应力的方法，使玻璃能抵抗更高的技应力。（4）粒化强化）粒化强化 采用滚花、刻痕等方式，在玻璃瓶上面形成密集粒状花纹，可以减轻冲击的破坏性，并提高玻璃瓶的耐内压强度。经过粒化处理后的玻璃瓶受到冲击时，冲击应力首先发生在粒面的峰顶上，经过峰、谷间的斜面得以分解，使其冲击破坏性得到缓和。采用此法处理的玻璃瓶强度约增加50%，但质量也相应增大。（5）离子交换法）离子交换法 离子交换法也称为化学强化、化学钢化。由于瓶罐表面处于张应力状态时很容易使表面裂纹扩展，导致瓶罐破裂。从玻璃的网络结构来看，Na+填充在硅氧四面体网穴中，如用