CN110330224B - 一种适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及玻璃新材料领域，特别公开了一种适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法。该适合人工成型的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制备而成：SiO2 73‑78.23份、Al2O3 1.50‑3.36份、Na2O 13.28‑16.00份、K2O 0‑1.55份、MgO 1.99‑2.66份、CaO 0.92‑6.00份。本发明并没有采用昂贵或具有毒性的原材料，具有成本低、原材料易得的特点，该玻璃具有长的料性，成型温度范围超过300K，同时产品具有良好的物理性质，其维氏显微硬度大于500Kg/mm2，适于人工成型的大瓶罐玻璃材料。

Description

一种适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法
（一）技术领域
本发明涉及玻璃新材料领域，特别涉及一种适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法。
（二）背景技术
玻璃瓶罐是最常见的一类日用品，可用作食品、饮料以及很多产品的包装容器，应用十分广泛。按外观形状可分为圆形、椭圆形、方形和异形瓶等；按瓶口尺寸可分为小口瓶和大口瓶，前者是指瓶颈直径与瓶身直径差异较大的玻璃容器，通常其瓶口内径小于30mm，用来盛装流体的产品，而后者是指瓶口直径与瓶身直径差异较小的玻璃容器，主要用来盛装半流体和固体的产品。在瓶罐玻璃的生产工艺中，根据机械成型方式主要分为吹制和压吹两种方法。
近年来，随着人们生活水平的日益提高，玻璃瓶罐的种类也逐渐增多。其中，水果酵素、宴会用啤酒器和各种饮料容器对大型玻璃瓶罐的需求也在增大，这类大型玻璃瓶罐的容积往往会超过15升。但是，这类大型玻璃瓶罐在生产过程中，主要是在成型环节，目前还无法实现连续的机械化吹制或压吹成型，其原因是：当玻璃瓶罐的容积过大时传统的机械成型方式（如：吹制和压吹）无法保证其壁厚的均匀度。众所周知，玻璃瓶罐的壁厚直接关系到其机械强度和承受内压力的能力，当瓶壁的厚薄不匀，使得瓶壁有薄弱环节，从而影响了抗冲击和耐内压力性能。与机械成型相比，人工成型的优点是在成型过程中可经历多次吹制操作，较容易控制瓶罐的壁厚及其均匀度。但是，众所周知，人工成型的时间远多于机械成型的时间，这给玻璃的配方提出了新的要求，即：玻璃液的“料性”要足够长，换句话说，在成型温度范围内玻璃液的粘度变化一般不应超过1000Pa.s，反过来，在1000Pa.s的粘度差内玻璃的成型温度范围应尽量大。这与大尺寸瓶罐玻璃产品的独特成型工艺密切相关，由于玻璃液的“料滴”较重（一般超过5公斤），在人工成型阶段，与模具接触的玻璃液表面温度下降较快，而玻璃液内部的温度下降较慢，从人工成型的角度来说，玻璃液内部和表面的温差范围内，粘度变化不应过大，否则表面“硬化”速度过快而无法成型。因此，设计同时满足理化性能和工艺要求的玻璃配方，是目前人工成型的大瓶罐玻璃的关键。到目前为止，还未见这类大瓶罐玻璃配方及其工艺的报道。
（三）发明内容
本发明为了弥补现有技术的不足，提供了一种原材料易得、生产成本低的适合人工成型的大瓶罐玻璃及其制备方法。
本发明是通过如下技术方案实现的：
一种适合人工成型的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制备而成：SiO2 73-78.23份、Al2O3 1.50-3.36份、Na2O 13.28-16.00份、K2O 0-1.55份、MgO 1.99-2.66份、CaO 0.92-6.00份。
上述有效材料优选的重量配比为：
SiO2 78-78.23份、Al2O3 3.00-3.36份、Na2O 13.28-14.00份、K2O 1.50-1.55份、MgO 2.50-2.66份、CaO 0.92-1.00份。
所述有效材料SiO2的来源为石英砂，Al2O3的来源为氢氧化铝，Na2O的来源为碳酸钠，K2O的来源为碳酸钾，MgO的来源为氧化镁、CaO的来源为碳酸钙。
上述适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，包括如下步骤：
（1）准确称取各有效材料的原料重量并混合均匀，制成配合料，将配合料置于窑炉中于1813-1843K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1416-1497K；
（3）通过吹杆挑出玻璃液，并吹成小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中，在777-807K下退火后随炉冷却。
本发明的更优技术方案为：
步骤（1）中，配合料在窑炉中的熔融温度为1833-1843K。
步骤（2）中，工作部的温度为1468-1497K，玻璃液的粘度为102Pa·s。
步骤（3）中，通过吹干挑出玻璃液，并吹成壁厚为5±0.5mm的小泡。
步骤（5）中，将玻璃制品放入退火窑中，在801-807K下退火0.5h后随炉冷却。
本发明所涉及的大瓶罐玻璃材料，玻璃液具有较长的料性，成型温度范围（对应玻璃液的粘度：102-105Pa·s）可达300K以上，能够避免因人工成型液速度慢而可能发生的成型过程中的玻璃液表面“硬化”现象；同时，玻璃液较长的“料性”，也有利于避免因玻璃液内部和表面的温差导致的“物理条纹”的产生。
本发明并没有采用昂贵或具有毒性的原材料，具有成本低、原材料易得的特点，同时产品具有良好的物理性质，其维氏显微硬度大于500Kg/mm2，是适于人工成型的大瓶罐玻璃材料。
（四）附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明实施例1-6中玻璃液的粘度数据及其VFT粘度方程的拟合曲线图。
（五）具体实施方式
以下通过具体实施例对本发明一种适合人工成形的具有长料性的大瓶罐玻璃材料做进一步说明，其中实施例4为最佳实施例。实施例1-6的主要参数和性能如下表所示：
表1 本发明所提供的工艺参数和硬度
Figure DEST_PATH_IMAGE001
。
实施例1：
所用原料的重量份组成为：石英砂76.77份、氢氧化铝3.09份、碳酸钠26.72份、氧化镁2.48份、碳酸钙7.41份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1823K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1448K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在791K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是372K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
实施例2：
所用原料的重量份组成为：石英砂78.79份、氢氧化铝4.64份、碳酸钠24.18份、氧化镁2.51份、碳酸钾2.24份、碳酸钙1.83份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1833K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1468K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在801K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是381K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
实施例3：
所用原料的重量份组成为：石英砂73.74份、氢氧化铝2.32份、碳酸钠27.64份、氧化镁2.01份、碳酸钾2.24份、碳酸钙10.95份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1813K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1416K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在777K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是330K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
实施例4：
所用原料的重量份组成为：石英砂79.02份、氢氧化铝5.19份、碳酸钠22.94份、氧化镁2.67份、碳酸钾2.32份、碳酸钙1.69份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1843K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1497K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在807K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是392K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
实施例5：
所用原料的重量份组成为：石英砂75.96份、氢氧化铝2.32份、碳酸钠27.64份、氧化镁2.01份、碳酸钾2.24份、碳酸钙6.94份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1823K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1447K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在795K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是368K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
实施例6：
所用原料的重量份组成为：石英砂77.27份、氢氧化铝3.32份、碳酸钠25.25份、氧化镁2.00份、碳酸钾2.32份、碳酸钙5.82份。
制造方法具体步骤如下：
（1）按照上述原料准确称量并混和均匀，将配合料在窑炉中于1823K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1446K，粘度为102Pa•s；
（3）通过吹杆挑出适量玻璃液，并吹成壁厚为5mm左右的小泡；
（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多（如5.5公斤）时，在模具中一次性吹大至成品规格；
（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中在798K退火0.5小时后随炉冷却，得到大尺寸玻璃瓶罐。该玻璃瓶罐的成型温度范围是363K，相关的工艺参数和显微硬度见表1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，熟悉本领域的技术人员能够利用上述揭示的技术内容加以变更，如引入脱色剂或澄清剂等，或改型为等同变化的等效实施例。所有未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种适合人工成型的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制备而成：SiO2 73-78.23份、Al2O3 1.50-3.36份、Na2O 13.28-16.00份、K2O 0-1.55份、MgO 1.99-2.66份、CaO 0.92-6.00份。
2.根据权利要求1所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制备而成：SiO2 78-78.23份、Al2O3 3.00-3.36份、Na2O 13.28-14.00份、K2O 1.50-1.55份、MgO 2.50-2.66份、CaO 0.92-1.00份。
3.根据权利要求1所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃，其特征在于：所述有效材料SiO2的来源为石英砂，Al2O3的来源为氢氧化铝，Na2O的来源为碳酸钠，K2O的来源为碳酸钾，MgO的来源为氧化镁、CaO的来源为碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征为，包括如下步骤：（1）准确称取各有效材料的原料重量并混合均匀，制成配合料，将配合料置于窑炉中于1813-1843K下熔融并均化；（2）由步骤（1）得到的玻璃熔体经料道流至工作部后温度降至1416-1497K；（3）通过吹杆挑出玻璃液，并吹成小泡；（4）多次重复步骤（3），待吹杆蘸取的玻璃液足够多时，在模具中一次性吹大至成品规格；（5）将步骤（4）得到的玻璃制品放入退火窑中，在777-807K下退火后随炉冷却。
5.根据权利要求4所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，配合料在窑炉中的熔融温度为1833-1843K。
6.根据权利要求4所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，工作部的温度为1468-1497K，玻璃液的粘度为102Pa·s。
7.根据权利要求4所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（3）中，通过吹干挑出玻璃液，并吹成壁厚为5±0.5mm的小泡。
8.根据权利要求4所述的适合人工成型的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（5）中，将玻璃制品放入退火窑中，在801-807K下退火0.5h后随炉冷却。
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