包裝材料學(xué)chapter10課件

包裝材料學(xué)chapter102024/4/16包裝材料學(xué)chapter10第十章玻璃包裝材料玻璃的定義及分類定義廣義包括：無(wú)機(jī)玻璃和有機(jī)玻璃兩大類。這里玻璃指無(wú)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(guò)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(zhǎng)程無(wú)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?/p>

包裝材料學(xué)chapter10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(lái)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。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10第一節(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)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(guò)冷熔體TgTm第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter102、Na2O-CaO-SiO2系玻璃結(jié)構(gòu)第一節(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter103、普通玻璃結(jié)構(gòu)

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(jié)玻璃的結(jié)構(gòu)第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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）密度第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10（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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10（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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10粘度：是表征流體內(nèi)摩擦力或者表示阻礙液體流動(dòng)性質(zhì)的物理量。AFvy流體的粘度f(wàn)=η.A.(dv/dy)式中：f—內(nèi)摩擦力A—液層面積

dv/dy—垂直于流體移動(dòng)方向上的速度梯度。比例系數(shù)η叫做內(nèi)摩擦系數(shù)或粘度。η=(f/A)/(dv/dy)=τ/(dv/dy)式中：τ—粘性液體流動(dòng)時(shí)的剪切應(yīng)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(jié)玻璃的物理性能第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10在玻璃加工工藝中，經(jīng)常把粘度在10~105Pa.s（102~106P）范圍內(nèi)隨溫度變化的快慢叫做玻璃的料性。長(zhǎng)性玻璃（料性長(zhǎng)）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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10定義：物體把熱能傳遞給溫度較低方向的能力，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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10（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(zhǎng)有關(guān)。對(duì)于玻璃容器，透明的玻璃包裝可以促進(jìn)產(chǎn)品的銷售?？梢?jiàn)光與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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性是指玻璃抗耐氣體、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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter105、玻璃化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試粉末法用水、酸或堿溶液對(duì)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(cè)定其浸蝕量。粉末法是對(duì)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(duì)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(cè)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(huì)隨時(shí)受到周圍氣氛的影響。第二節(jié)玻璃的物理性能第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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1500~1600℃。由耐火材料制成，規(guī)格用面積表示，爐壁壽命3年。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(guò)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(jiàn)氣泡慢慢跑出，進(jìn)入爐氣，即所謂澄清過(guò)程。溫度1400℃-1500℃。粘度維持在100P左右。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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200℃~300℃。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(guò)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(guò)程第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(duì)應(yīng)的特征溫度作為工藝參數(shù)和監(jiān)測(cè)工藝過(guò)程的操作點(diǎn)加以控制。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(duì)瓶罐玻璃，成型開始（料滴）和結(jié)束的粘度分別為103P和107P，對(duì)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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(lái)自玻璃原料，一些來(lái)自模具、成型操作。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(guò)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余熱應(yīng)力的熱處理過(guò)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。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(lái)說(shuō)，暫時(shí)應(yīng)力不會(huì)對(duì)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(guò)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剩余應(yīng)力至允許值的熱處理過(guò)程。任何玻璃制品在加工過(guò)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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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)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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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?；饞伖猓杭訜岵Ａе淋浕瘻囟茸笥?，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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter10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(guò)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玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter104.強(qiáng)化玻璃與輕定量玻璃強(qiáng)化玻璃又叫鋼化玻璃。玻璃的強(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。第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter104.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(guò)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?；咀鞣ㄊ怯美淇諝饣蛴驮〖眲±鋮s處于高溫但尚未軟化的玻璃。201001020壓應(yīng)力張應(yīng)力120804004080120表面內(nèi)部表面鋼化玻璃的表面與內(nèi)部剩余應(yīng)力（截面圖）第十章玻璃包裝材料包裝材料學(xué)chapter104.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