粘度對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝的影響

粘度測(cè)量對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝的影響粘度是玻璃的重要性質(zhì)之一，它貫穿著玻璃生產(chǎn)的各個(gè)階段，從熔制、澄清、均化、成形、加工、直到退火都與粘度密切相關(guān)。在熔制過(guò)程中，石英顆粒的溶解、氣泡的排除、和各組分的擴(kuò)散都和粘度有關(guān)，在工業(yè)上，有時(shí)加入少量助溶劑降低熔制玻璃的粘度，以達(dá)到澄清和均化的目的，在成形和退火方面，粘度起著控制性作用，在成形過(guò)程中，不同的成形方法和成形速度要求不同的粘度和料性，例如在高速成形機(jī)的生產(chǎn)中，粘度必須控制在一定的范圍內(nèi)，而成形機(jī)的機(jī)速?zèng)Q定于粘度隨溫度的遞變速度；在退火過(guò)程中，玻璃的粘度和料性對(duì)制品內(nèi)應(yīng)力的消除速度都有重要作用，高粘度的玻璃具有較高的退火溫度，料性短的玻璃退火溫度一般較窄，此外玻璃的析晶和一些機(jī)械性能也與粘度有關(guān)。影響玻璃粘度的主要因素是化學(xué)組成和溫度，在轉(zhuǎn)變區(qū)范圍內(nèi)，還有時(shí)間有關(guān)。玻璃的粘度隨溫度下降而增大。從玻璃液到固態(tài)玻璃的轉(zhuǎn)變，粘度是連續(xù)變化的，期間沒(méi)有數(shù)值上的突變，這一點(diǎn)不同于晶體，晶體加熱至熔化溫度時(shí)，粘度是突然變化的。不同的玻璃對(duì)應(yīng)于某一粘度值的溫度不同。在玻璃生產(chǎn)中許多工序（和性能）都可以用粘度作為控制和衡量的標(biāo)志。鑒于玻璃生產(chǎn)需要，一般把生產(chǎn)控制常用的粘度點(diǎn)同粘度-溫度曲線數(shù)值相近的點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，可以反映出玻璃生產(chǎn)工藝中各個(gè)特定階段的溫度值，如圖1示。圖1硅酸鹽玻璃的粘度-溫度曲線（一）常用的粘度值參考點(diǎn)①應(yīng)變點(diǎn)：大致相當(dāng)于粘度為1013.6Pa·s的溫度，即應(yīng)力能在幾小時(shí)內(nèi)消除的溫度，也稱退火下限溫度；②轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：相當(dāng)于粘度為1012.4Pa·s的溫度，高于此點(diǎn)玻璃進(jìn)入粘滯狀態(tài)，開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形，力學(xué)性能開(kāi)始迅速變化；③退火點(diǎn)：大致相當(dāng)于粘度為1012Pa·s的溫度，即應(yīng)力能在幾分鐘內(nèi)消除的溫度，也稱退火上限溫度；④變形點(diǎn)：相當(dāng)于粘度為1010~1011Pa·s的溫度范圍；⑤軟化溫度（Tf）：它與玻璃的密度和表面張力有關(guān)，相當(dāng)于粘度為3×106~1.5×107Pa·s之間的溫度。密度約2.5g/cm3的玻璃相當(dāng)于粘度為106.6Pa·s的溫度，軟化溫度大致相應(yīng)于操作溫度的下限；⑥操作范圍：相當(dāng)于成形時(shí)玻璃液表面的溫度范圍。T上限指準(zhǔn)備成形操作的溫度，相當(dāng)于粘度為102~103Pa·s的溫度。T下限指成形時(shí)能保持制品形狀的溫度，相當(dāng)于粘度大于105Pa·s的溫度，操作范圍的粘度一般為103~106.6Pa·s；⑦熔化溫度：相當(dāng)于粘度為10Pa·s的溫度，在此溫度下玻璃能以一般要求的速度熔化；⑧自動(dòng)供料機(jī)供料的粘度：102~103Pa·s；⑨人工挑料的粘度：102.2Pa·s；⑩挑料人襯炭模的粘度：103.5Pa·s；?脫模（襯炭模）的粘度：106Pa·s。粘度在生產(chǎn)中的應(yīng)用在生產(chǎn)中，玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成形、退火等工藝過(guò)程的溫度控制，一般都是以其對(duì)應(yīng)的粘度為依據(jù)制定的。因此掌握粘度的變化規(guī)律對(duì)控制生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量是有利的。1、玻璃的熔制玻璃熔制溫度范圍所對(duì)應(yīng)的粘度一般為100.7~10Pa·s（如鈉鈣硅玻璃相當(dāng)于1451~1566℃）。經(jīng)驗(yàn)證明，在該粘度的溫度下，玻璃能較快熔化。在玻璃熔制過(guò)程中，石英顆粒是最后進(jìn)入玻璃熔體的物質(zhì)，其溶解、擴(kuò)散關(guān)系到整個(gè)熔制過(guò)程的速度。隨之而來(lái)的澄清、均化等過(guò)程都與玻璃的粘度有關(guān)。例如在澄清過(guò)程中、氣泡的上升速度和粘度成反比，因此生產(chǎn)中常通過(guò)升高溫度或引入少量助熔劑來(lái)降低粘度，達(dá)到加速玻璃澄清和均化的目的。此法是將玻璃熔體充滿在共軸的旋轉(zhuǎn)體與坩堝之間，給旋轉(zhuǎn)體和坩堝以不同的角速度，則旋轉(zhuǎn)體和坩堝因玻璃熔體的粘滯阻力而產(chǎn)生扭力矩。通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出扭力矩，即可獲得玻璃熔體的粘度。假定承載玻璃熔體的坩堝不動(dòng)，而使旋轉(zhuǎn)體以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)式（3）計(jì)算玻璃熔體的粘度式中K——儀器常數(shù)，是由坩堝、旋轉(zhuǎn)體的形狀及其設(shè)定位置等所確定的常數(shù)；M——扭力矩；w——角速度。此法設(shè)備復(fù)雜，但測(cè)定范圍廣，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，縮短測(cè)定時(shí)間，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度和精確度高。落球法此法能測(cè)定玻璃熔化、澄清、成形開(kāi)始等溫度范圍內(nèi)的粘度，測(cè)定范圍為1~103Pa·s。此法的測(cè)定原理是根據(jù)斯托克斯定律，即球在一個(gè)無(wú)邊界的廣闊的液體中等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體的粘度可按下式計(jì)算式中η——粘度，Pa·s；g——重力加速度，m/s2；r——球半徑，m；ρ——球的密度，g/m3；ρ’——玻璃液密度，g/m3；V——球的運(yùn)動(dòng)速度，m/s。斯托克斯定律只是當(dāng)球體在一無(wú)限范圍的液體中運(yùn)動(dòng)才是正確的，在實(shí)際測(cè)量中，必須考慮有限的邊界條件，即坩堝臂和底帶來(lái)的影響，因此，實(shí)際使用時(shí)，引入儀器常數(shù)K加以修正。此法的特點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，準(zhǔn)確度較高，但操作不方便，粘度值測(cè)定范圍較窄。壓入法此法測(cè)定玻璃的粘度范圍為107~1012Pa·s。此法是在平板試樣上，用加有一定負(fù)荷的針狀、球狀或棒狀的壓頭壓入，從壓頭壓入的速度求粘度的方法，粘度可由下式算出。式中P——負(fù)荷；l——壓頭壓入深度；t——從l=0~l所需的時(shí)間；R——球的半徑。拉絲法本法測(cè)定的粘度范圍為107~1014Pa·s，為低溫粘度。該法是用一定長(zhǎng)度和直徑的無(wú)缺陷的玻璃絲，在直立的管狀電爐中受一定的荷重作用而伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)過(guò)程分為三個(gè)階段（見(jiàn)圖2）：最初的彈性伸長(zhǎng)（曲線ab），之后的緩慢伸長(zhǎng)（曲線bc），最后到達(dá)粘性的均勻伸長(zhǎng)（曲線cd）。圖2玻璃絲伸長(zhǎng)與時(shí)間的關(guān)系當(dāng)玻璃的粘度不是很大時(shí)，前兩個(gè)階段經(jīng)歷的時(shí)