玻璃包裝材料

1、*玻璃包裝材料 3.玻璃的原料 3.玻璃的結(jié)構(gòu) 5.玻璃的主要性能 5.玻璃的熱性能 5.熱膨脹性 5.影響玻璃導(dǎo)熱性的因素 6.熱沖擊強度 6.熱沖擊強度定義 6.壁厚對熱沖擊強度的影響 7.力學(xué)性能 7.玻璃的強度 7.玻璃容器的包裝強度 8.影響玻璃瓶強度的主要因素 9.玻璃包裝容器的制造 1.1.吹制法 1.1.拉制法 1.1.玻璃包裝材料玻璃由無機材料熔融冷卻而成。我國關(guān)于玻璃的定義為：玻璃是介于晶態(tài)和 液態(tài)之間的一種特殊狀態(tài)，由熔融體過冷而得，其內(nèi)能和構(gòu)形熵高于相應(yīng)的晶態(tài)， 其結(jié)構(gòu)為短程有序和長程無序，型脆透明。作為包裝材料，玻璃具有一系列非?？少F的特性：透明；堅硬耐壓；優(yōu)良的阻隔

2、、耐蝕、耐熱和光學(xué)性能；成型方法多，成型包裝容器形狀、大小各異；原料來源豐富，價格相對較低?？苫厥绽?。玻璃材料的不足主要耐沖擊性能低，易碎；比重高，2.22.5 ；熔制玻璃時能耗較高。玻璃一直是食品工業(yè)、化工工業(yè)、文教用品、醫(yī)藥衛(wèi)生等行業(yè)的常用包裝材料。玻璃的原料主要原料各種氧化物原料，對玻璃的結(jié)構(gòu)、物理和化學(xué)性質(zhì)起主要作用。輔助原料：改善玻璃性能的添加料。按氧化物的性質(zhì)分：酸性氧化物原料堿金屬氧化物原料堿土金屬氧化物原料二價、多價金屬氧化物原料按氧化物在玻璃結(jié)構(gòu)中的作用分：玻璃形成體（網(wǎng)絡(luò)形成體）氧化物原料：單獨形成玻璃。玻璃中間體氧化物原料：在一定條件下形成玻璃。玻璃改變體（網(wǎng)絡(luò)體外）氧

3、化物原料：改變玻璃性質(zhì)。玻璃形成體氧化物原料玻璃形成氧化物原料二氧化硅（SiO2）和氧化硼（B2O3）硅砂（石英砂）組成：由石英巖、長石和其他巖石分解而成，主要成分為二氧化硅少量雜質(zhì)。 Fe2O3 有害，使玻璃著色，降低玻璃的透明度。SiO2可以形成石英玻璃，其以硅氧四面體結(jié)構(gòu)單元形成不規(guī)則的連續(xù) 網(wǎng)絡(luò)，玻璃的主體骨架。硼砂、硼酸及含硼礦物 硼砂、硼酸及含硼礦物向玻璃種引入氧化硼（ B2O3 ）。在硼硅酸鹽玻璃中， B2O3 以 BO4 結(jié)構(gòu)為單元，與硅氧四面體形成 結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此 B2O3 是玻璃形成體氧化物 作用：a能降低玻璃的熱膨脹系數(shù)；b 提高玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性；c 改善玻璃的

4、光澤、提高玻璃的機械強度；d 助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻璃的結(jié)晶能力玻璃中間體氧化物定義中間體氧化物自身不能形成玻璃，但可以連接二氧化硅（玻璃）鏈，使其保持玻璃態(tài)。它既是玻璃網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的一部分，又可以改進結(jié)構(gòu) 內(nèi)部的位置。種類一種是長石、瓷土、蠟石，向玻璃中引入氧化鋁（ Al2O3 ）；一種是斜鋯石和鋯石英，鋯石英的主要成分為ZrO2?SiO2，向玻璃中引入 ZrO 2。玻璃網(wǎng)絡(luò)體外氧化物原料 網(wǎng)絡(luò)體外氧化物改性劑定義 網(wǎng)絡(luò)體外氧化物不參加玻璃的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)， 居于網(wǎng)絡(luò)之外， 但能促 使玻璃網(wǎng)絡(luò)破裂而改變玻璃的性質(zhì)。種類 主要有氧化鋰、氧化鈉、氧化鉀、氧化鎂、氧化鈣、氧化鋇等。作用降低熔點和簡

5、化工藝。玻璃的結(jié)構(gòu)石英玻璃石英玻璃的結(jié)構(gòu)與石英晶體一樣，都是由二氧化硅組成，但二者的存在 狀態(tài)不同，石英晶體中的SQ4單元排列規(guī)則有序，無論在多大范圍內(nèi)，都有很好的重復(fù)性和周期性。石英玻璃中的SQ4單元的排列無規(guī)律性， 從幾個原子的小范圍內(nèi)看，有序；但超過此范圍，則是無序，即近程有序，遠(yuǎn)程無序。鈉鈣玻璃鈉鈣玻璃引入了金屬氧化物，改變了石英玻璃中單一的化學(xué)組成和 Si O的比例，使原來互相連接的SQ4四面體網(wǎng)絡(luò)斷裂。Na?。、CaO等氧化物的加入，改變了原來的四面體網(wǎng)絡(luò)，引起玻璃的 許多性質(zhì)改變，如降低了玻璃的熔制溫度和粘度，降低了硬度和強度，降低了化學(xué)穩(wěn)定性，增大了熱膨脹系數(shù)，從而導(dǎo)致抗熱沖擊

6、性能下降。硼硅酸鹽玻璃硼硅酸鹽玻璃中，B2O3有兩種可能的存在形式，即硼氧四面體BO4和三角平面結(jié)構(gòu)BO3，具體結(jié)構(gòu)取決于Na?。與B2O3的比例。Na?O B2O3的摩爾比1時，B2O3以硼氧四面體BO4的結(jié)構(gòu)形式存在；Na?O B2O3的摩爾比V 1時，B2O3以三角平面結(jié)構(gòu)BO3的結(jié)構(gòu)形式存 在，進而產(chǎn)生分相，導(dǎo)致玻璃性能下降。玻璃的主要性能玻璃的熱性能定義：溫度變化時，玻璃會因熱脹冷縮在內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，致使其 破裂。玻璃在溫度急劇變化時抵抗破裂的能力稱為玻璃的熱性能，包括熱膨 脹系數(shù)、導(dǎo)熱性、比熱和熱穩(wěn)定性等。熱膨脹性材料的體積或長度隨溫度的升高而增大的現(xiàn)象稱為熱膨脹。熱膨脹通

7、常用熱膨脹系數(shù)表示。玻璃的熱膨脹系數(shù)（）較小，一般在5.8 10-7 150 10-7 之間。a線膨脹系數(shù)溫度變化1C時，長度的變化值。玻璃的線膨脹系數(shù)越小，耐溫度變 化性越好。玻璃的熱性能與線膨脹系數(shù)的關(guān)系玻璃的線膨脹系數(shù)影響玻璃的熱穩(wěn)定性以及玻璃的熔化、冷卻和成 型性，一般以其所能承受的溫度差來衡量。經(jīng)驗公式：丄？_L_Llo Tb體膨脹系數(shù)溫度變化1C時，體積的變化值。影響玻璃導(dǎo)熱性的因素a玻璃的組成在玻璃中引入SQ2、AI2O3、B2O3等氧化物時，導(dǎo)熱性增加；在玻璃中引入一價和二價金屬氧化物時，導(dǎo)熱性降低。b溫度導(dǎo)熱系數(shù)隨著溫度的增加而增加。在絕對零度時，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為0。隨著溫度

8、的升高，導(dǎo)熱系數(shù)增 加。c厚度玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)一定時，其厚度越小，越有利于導(dǎo)熱速率的提高。 因此，玻璃種類一定時，適當(dāng)減小容器的厚度，可提高耐熱性。熱沖擊強度熱沖擊強度定義在急冷或急熱時玻璃瓶壁上產(chǎn)生拉應(yīng)力和壓應(yīng)力，當(dāng)產(chǎn)生的最大應(yīng)力超 過玻璃的抗拉或抗壓強度時，瓶破裂，稱為熱沖擊破裂；破裂時的應(yīng)力稱為 玻璃的抗熱沖擊強度。熱沖擊強度是玻璃瓶耐急冷或急熱的技術(shù)指標(biāo)。玻璃瓶的熱沖擊破裂常發(fā)生在瓶身與瓶底過渡部分的外表面。當(dāng)瓶外部受急熱作用時，外表面的壓應(yīng)力遠(yuǎn)大于內(nèi)表面的拉應(yīng)力;急冷時則相反，即外表面的拉應(yīng)力遠(yuǎn)大于內(nèi)表面的壓應(yīng)力。玻璃的耐壓強度比拉伸強度大10多倍，所以溫差相同時，急熱造成的破 壞要小

9、于急冷時。Moody實驗表明，玻璃瓶承受降溫的能力僅為升溫時的1/2。壁厚對熱沖擊強度的影響熱膨脹系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù)一定時，瓶壁越薄，溫變時產(chǎn)生的應(yīng)力越小251 "Lr0204060 AO 10豪大擒沖擊盧建（程度降）m壁厚與抗熱溫度差之間的關(guān)系圓筒形玻璃瓶，在玻璃的種類一定時，急冷產(chǎn)生的拉應(yīng)力與瓶壁厚度的平方 根和溫度差的乘積成正比：S 3.5 TS張應(yīng)力，kgcm3一OT溫度差，C-容器壁厚，mm可見，溫差一定時，壁厚越大，拉應(yīng)力越大，熱沖擊強度越低，越易破裂。 熱沖擊強度都采用急冷法測試。力學(xué)性能玻璃的強度玻璃的力學(xué)性能主要包括強度、彈性、硬度和脆性及其密度等。玻璃是 一種脆性材料

10、，其強度可用耐壓、抗折、抗張、抗沖擊強度等指標(biāo)表示。 a理論強度根據(jù)玻璃各組分之間的鍵強度計算出來的強度為理論強度。其值大約為 1000015000MPa b實際強度玻璃的實測強度為實際強度，遠(yuǎn)低于理論強度，一般僅為理論強度的 1/300 1/10 0,只有 32 98MPa 不同材料的彈性模量、理論強度與實際強度塊狀玻璃實際強度這樣低的原因，是由于玻璃的脆性、玻璃中存在有微彈性模量系數(shù)理論強度實際強度材料名稱鍵型石英玻璃纖維玻璃纖維塊狀玻璃離子共價鍵離子共價鍵離子共價鍵12.47.27.20.10.10.1裂紋（尤其是表面微裂紋）和內(nèi)部不均勻 區(qū)及缺陷的存在造成應(yīng)力集中所引起的（由于玻璃受到

11、應(yīng)力作用時不會產(chǎn)生流 動，表面上的微裂紋便急劇擴展，并且應(yīng) 力集中，以致破裂）。其中表面微裂紋對玻 璃強度的影響尤為重要。1.240.720.2-0.08-0.0151.05UI玻璃容器的包裝強度 玻璃容器的破裂分析a內(nèi)壓破裂：破裂形態(tài)以裂紋起點為中心，裂紋曲線向外呈放射狀, 裂紋端部為分叉形。b外部沖擊破裂：裂紋稍粗，破裂塊小 c熱沖擊破裂：破裂多發(fā)生在瓶底部或瓶壁厚薄差異較大的地方，裂 紋粗、量少。玻璃容器的包裝強度是其包裝應(yīng)用中最重要的性能，其除與玻璃的質(zhì) 量（化學(xué)組成、表面及內(nèi)部缺陷）有關(guān)外，容器的形狀對強度起決定 性作用。a內(nèi)壓強度指容器承受最大內(nèi)部壓力的能力，體現(xiàn)容器的綜合強度。P

12、max k 2 dPmax最大內(nèi)壓強，MPa瓶壁厚度，cmd瓶身直徑，cmk常數(shù)瓶形對內(nèi)壓強度影響很大。瓶壁越厚，形狀越接近圓形，且直徑越小，內(nèi)壓強度越大。啤酒、汽水瓶一般要求內(nèi)壓強度大于 1.2MPa,普通玻璃瓶大于0.7MPab熱沖擊強度指玻璃容器耐受冷熱溫度劇變不破碎的能力。玻璃瓶受急冷或急熱時，由于內(nèi)外熱脹冷縮的不均勻性，使瓶罐產(chǎn)生復(fù)雜的溫變應(yīng)力；當(dāng)熱應(yīng)力大于容器的抗張強度時，瓶壁破裂。罐頭瓶耐受急冷溫差一般要39C。瓶壁厚度越小，溫差越小，熱應(yīng)力越小，容器的熱沖擊強度越高。但瓶 壁厚度小會導(dǎo)致其他強度下降。c機械沖擊強度容器承受外部機械沖擊的能力。容器在受到各種沖擊后（翻倒、落下），

13、在沖擊點產(chǎn)生局部應(yīng)力，造成容器破裂。壁厚越大，機械沖擊強度就越大。瓶口部分的機械沖擊強度較小，應(yīng)盡 量避免該部分受到?jīng)_擊。玻璃瓶罐沖擊強度的影響因素壁厚隨著瓶壁厚度的增加，沖擊強度提高。瓶徑瓶罐的沖擊強度隨著瓶徑的增加線性增加。位置瓶身處的抗壓強度比較大；瓶頸和瓶口是沖擊強度的薄弱位置，瓶口最差。d垂直載荷強度玻璃瓶在罐裝、壓蓋、開蓋和堆垛時都受到垂直負(fù)荷。玻璃瓶承受垂直 負(fù)荷的能力即垂直載荷強度。它并非單純反映玻璃的抗壓強度，而是與瓶型有密切關(guān)系的綜合指標(biāo)。 瓶肩部的曲率半徑越大，垂直荷重強度就越大。e水錘強度玻璃容器底部承受短時內(nèi)部水沖擊的能力稱為水錘強度。包裝食品在運 輸過程中受到振動、

14、沖擊時，容器內(nèi)可能出現(xiàn)上端空氣受壓，底部局部 地區(qū)形成真空的現(xiàn)象，由此導(dǎo)致瞬間產(chǎn)生的巨大沖擊力沖擊底部，水錘 強度不足時，容器會發(fā)生破損。影響玻璃瓶強度的主要因素a玻璃容器的橫截面 主要影響其內(nèi)壓強度。形狀越復(fù)雜，強度越低；越接近圓形，強度越高。截面形狀與內(nèi)壓強度比 «IT狀內(nèi)圧謝展出105較大）2.5疋方形（13常較悅1b玻璃瓶的肩部設(shè)計曲率半徑越大，各項指標(biāo)越增強* 347肩部設(shè)計與彊廈的關(guān)系H 鼻 a1、1 WM水沖擊豪度<(5Q-Wkf/cmb啣 GDtAg/cin 巧|可ft|ftc玻璃瓶的底部設(shè)計底部形狀對各項強度指標(biāo)影響較復(fù)雜，以第二種，瓶身向瓶底圓弧過渡 的綜合

15、強度較好。表 3-1B底部設(shè)計與強度的關(guān)系11 1I 纟1. . JJJ'蟻曲可懵可第伸擊邏度劣ft良水幡乞度d瓶的表面及底面設(shè)計在瓶表面圍繞瓶有意識地設(shè)計出的凸條狀或點狀防沖擊箍。防沖擊 箍一般分布在最容易受到?jīng)_擊的肩部和底部。其作用主要是可以抵 擋摩擦與沖擊，可使玻璃瓶的強度提高 50%玻璃瓶底面常設(shè)計成內(nèi)凹面，并且圍繞底面最外圈設(shè)計出點條狀凸 出花紋。主要作用是增加容器的穩(wěn)定性；減少接觸面，減小溫差帶 來的熱應(yīng)力；減少磨損，有利于間接提高內(nèi)壓強度和水錘強度。It IIIS-2A*K 3-10暮理慮商設(shè)計玻璃瓶的形狀變化無窮，對強度影響很大。從整體的瓶型來看，瓶 型接近球形，各部分之間緩和過渡，