玻璃包装材料课件

玻璃包裝材料玻璃的定義及分類定義廣義包括：無機玻璃和有機玻璃兩大類。這裏玻璃指無機玻璃。定義：介於晶態和液態之間的一種特殊狀態，由熔融體過冷而得，其內能和構形熵高於相應的晶態，其結構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：工業生產的商品玻璃的主要品種。硫屬玻璃等

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

作玻璃形成體構成的玻璃中，如果氧化物含量SiO2>B2O3>Al2O3

叫做鋁硼矽酸鹽。第一節玻璃的結構一、晶體與玻璃晶體與玻璃的比容-溫度曲線比容溫度玻璃態晶態熔融態液態過冷熔體TgTm2、Na2O-CaO-SiO2系玻璃結構第一節玻璃的結構3、普通玻璃結構

普通玻璃組成含有Na2O（12%~16%），CaO（6%~12%），

SiO2（66%~75%），還有少量Al2O3,

MgO等氧化物，屬鈉鈣系玻璃。第一節玻璃的結構第二節玻璃的物理性能決定於構成玻璃的原子品質也與原子的堆積及配位數有關。玻璃結構緊密，密度增大。反之，則降低。各類玻璃密度相差甚大。密度最小的石英玻璃為2.21g/cm3

含有大量氧化鉛的重燧石玻璃密度達6.5g/cm3

普通玻璃密度在2.5g/cm3左右（一）密度（二）硬度硬度是固體材料抵抗另一種固體深入其內部而不產生殘餘形變的能力。玻璃的硬度主要決定於原子半徑、電荷大小及堆積密度。第二節玻璃的物理性能（三）機械強度玻璃是一種脆性材料，其機械強度一般用耐壓、抗張、抗衝擊強度等表示。分理論強度和實際強度。第二節玻璃的物理性能粘度：是表徵流體內摩擦力或者表示阻礙液體流動性質的物理量。AFvy流體的粘度f=η.A.(dv/dy)

式中：f—內摩擦力

A—液層面積

dv/dy—垂直於流體移動方向上的速度梯度。比例係數η叫做內摩擦係數或粘度。η=(f/A)/(dv/dy)=τ/(dv/dy)式中：τ—粘性液體流動時的剪切應力

η—

粘度，單位泊（P),或用Pa.s表示。

10P=1Pa.s（四）玻璃的粘度第二節玻璃的物理性能

在玻璃加工工藝中，經常把粘度在10~105Pa.s（102~106P）範圍內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）玻璃的粘度第二節玻璃的物理性能定義：物體把熱能傳遞給溫度較低方向的能力，稱為導熱性。玻璃是熱的不良導體。高溫時主要是輻射傳熱；低溫時則以熱傳導為主。玻璃的導熱性與組成有關。引入SiO2,B2O3,Al2O3

等氧化物時，導熱性增加。引入一價和二價金屬氧化物時，導熱性降低。玻璃的導熱性第二節玻璃的物理性能（六）玻璃的光學性質

玻璃有優異的光學性能，其光學性質包括折射、反射和透射。取決於玻璃的組成，與製造工藝與光的波長有關。對於玻璃容器，透明的玻璃包裝可以促進產品的銷售。可見光與紫外光的穿透可加速玻璃容器中有些產品的變質。第二節玻璃的物理性能玻璃的化學穩定性是指玻璃抗耐氣體、水、酸、堿或其他化學試劑、藥物溶液等侵蝕的能力。一般玻璃具有極好的化學惰性，但成分中的Na2O及其他金屬離子能溶於水，而導致玻璃的侵蝕及與其接觸的溶液的pH值發生變化。玻璃水潮濕空氣酸堿（七）玻璃的化學穩定性第二節玻璃的物理性能5、玻璃化學穩定性測試

粉末法用水、酸或堿溶液對一定顆粒度和一定品質的玻璃粉末進行侵蝕，然後再選擇適當方法測定其浸蝕量。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穩定性。表面法對一定表面積的玻璃試樣或容器，用水、酸或堿溶液進行浸蝕的測定方法。具有與實際使用條件接近的優點。玻璃表面狀態會隨時受到周圍氣氛的影響。第二節玻璃的物理性能第三節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1500~1600℃。由耐火材料製成，規格用面積表示，爐壁壽命3年。第三節玻璃容器的成型與加工一.玻璃的熔制和成型2、玻璃熔制過程矽酸鹽形成階段反應在較大程度上是在固態下進行的，這一階段結束時，配合料變成了由矽酸鹽和二氧化矽組成的不透明燒結物。在800℃-900℃完成。玻璃形成階段繼續加熱，矽酸鹽與剩餘二氧化矽相互熔解，燒結物變成了透明體，化學組成和性質不穩定。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，進入爐氣，即所謂澄清過程。溫度1400℃-1500℃。粘度維持在100P左右。第三節玻璃容器的成型與加工均化階段玻璃的化學組成和折射率趨向一致的階段叫均化。溫度稍低於澄清階段。冷卻階段玻璃的品質達到了要求，冷卻玻璃液使溫度下降200℃~300℃。冷卻後溫度約為1200℃。粘度增加到可向供料機供料所需數值（1000P)。熔制過程是連續作業，5個階段在熔爐的不同部位進行。一.玻璃的熔制和成型2、玻璃熔制過程第三節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徵溫度粘度隨溫度下降而增大的特性是玻璃製品成型和定型的基礎。在玻璃生產中常把不同階段的特徵粘度值及對應的特徵溫度作為工藝參數和監測工藝過程的操作點加以控制。第三節玻璃容器的成型與加工熔點：又叫熔融溫度，玻璃熔點是一個溫度範圍。成型操作點：在操作點到軟化點的溫度範圍內，粘度變化劇烈，玻璃在此範圍成型。對瓶罐玻璃，成型開始（料滴）和結束的粘度分別為103P和107P，對應溫度分別為1200℃和760℃左右。軟化點：是玻璃不能形變的最高溫度。退化點：原子有足夠的擴散速度，可以在短時間內消除玻璃剩餘應力。應變點：玻璃開始變為脆性固體。在應變點附近由於粘度增加，引入的應力將成為剩餘應力留在硬化玻璃中。二)、玻璃容器的成型第三節玻璃容器的成型與加工二)、玻璃容器的成型第三節玻璃容器的成型與加工三）、成型缺陷玻璃容器成型後，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。第三節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後冷卻過程中產生的剩餘熱應力使瓶罐的機械強度和熱穩定性大大降低，甚至自行破裂，玻璃容器及製品的退火就是消除玻璃中剩餘熱應力的熱處理過程。玻璃瓶罐中的應力永久應力當玻璃冷卻到室溫，溫度梯度消失後仍然存在的應力稱為永久應力或剩餘應力。產生的基本條件：冷卻的速度快，開始冷卻的溫度在玻璃應變點之上。除非經退火處理，否則永久應力將一直存在於玻璃製品中。第三節玻璃容器的成型與加工暫時應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力稱為暫時應力。產生的基本條件：冷卻速度快，而開始冷卻時的溫度低於玻璃應變點。一般來說，暫時應力不會對玻璃製品造成損害，如果溫度急劇變化產生的暫時應力超過玻璃的機械強度時，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剩餘應力至允許值的熱處理過程。任何玻璃製品在加工過程中都存在著剩餘熱應力或永久應力。三、玻璃容器的退火及表面處理第三節玻璃容器的成型與加工退火溫度選擇退火溫度範圍：在轉變溫度（Tg）以下的適當溫度範圍內，玻璃的結構基團仍能位移，因而可以消除玻璃中的熱應力。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3分鐘能消除應力的95%，下限退火溫度下，經3分鐘能消除應力的5%。退火工藝包括加熱、保溫、緩慢降溫及快速降溫4個階段。退火熱處理工藝有一次退火和二次退火之分。玻璃瓶罐成型後立即進入退火爐的熱處理稱為一次退火。玻璃製品在冷卻後再進行退火的叫二次退火。退火熱處理在退火爐中進行的。三、玻璃容器的退火及表面處理第三節玻璃容器的成型與加工玻璃表面處理技術只介紹與退火有關的表面處理技術主要包括消除表面裂紋的酸處理、火拋光、塗層、玻璃表面硫霜化反應、雙層塗敷工藝。酸處理：用氫氟酸或與硫酸配製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，以提高玻璃強度。火拋光：加熱玻璃至軟化溫度左右，借表面張力使裂紋癒合，俗稱火拋光或同相處理。塗敷有機化合物：在玻璃表面塗敷有機矽或其他有機化合物，形成堅實的有機矽薄膜，使表面裂紋癒合的方法，俗稱異相癒合。三、玻璃容器的退火及表面處理第三節玻璃容器的成型與加工硫霜化反應：玻璃製品在退火過程中部分鹼性氧化物能與爐氣中的酸性氣體發生反應，洗去粉霜後在玻璃表面上富集了二氧化矽，提高的玻璃穩定性。雙層塗敷工藝：是一項先進技術。通常也在退火爐中進行，塗敷有機化合物之前，先塗敷一層金屬氧化物，如氧化錫、氧化鈦等。在退火爐的熱端加入金屬塗敷層，在冷端加入有機矽等有機化合物。大大提高了抗衝擊性能和化學穩定性。玻璃表面處理技術三、玻璃容器的退火及表面處理4.強化玻璃與輕定量玻璃強化玻璃又叫鋼化玻璃。玻璃的強化技術是根據玻璃的抗壓強度比抗拉強度高的原理而設計的，採用熱處理或離子交換方法，將能抵抗拉應力的壓應力層預先置入玻璃表面，使玻璃在受到拉應力時，首先抵消表面層的壓應力。玻璃的強化技術與雙層塗敷工藝相結合，開發研製了高強度輕量玻璃容器，成為當今玻璃包裝材料的一個主要發展方向。4.強化玻璃與輕定量玻璃玻璃強化技術玻璃表面的熱處理通過熱處理然後急冷製造鋼化玻璃的技術是較早採用的強化玻璃的方法，也叫風冷強化法。基本作法是用冷空氣或油浴急劇冷卻處於高溫但尚未軟化的玻璃。201001020壓應力張應力120804004080120表面內部表面鋼化玻璃的表面與內部剩餘應力（截面圖）4.強化玻璃與輕定量玻璃化學強化處理在玻璃表面進行離子交換使玻璃強化的方法統稱為化學鋼化。原理是把玻璃組成中的Na+置換為半徑較大的K+，由於這種置換作用，將其抵抗拉應力的壓應力層預先置入玻璃表面，實現了玻璃強化的目的。將普通玻璃置於欲置換離子的熔岩中，在高溫下進行離子交換處理是一種使玻璃化學鋼化的方法。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。是評價同樣容積的瓶子重量大小的參數。玻璃瓶重與壁厚有關。重量瓶是指平均壁厚為3.5mm玻璃瓶。輕量瓶壁厚平均為2~2.5mm。4.強化玻璃與輕定量玻璃輕量瓶的級可以經驗公式來表示輕量瓶的級別或羽量級的程度L=0.44WV-0.77