CN110282873B - 一种具有长料性的大瓶罐玻璃及其制备方法 - Google Patents

一种具有长料性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，特别公开了一种具有长料性的大瓶罐玻璃及其制备方法。该具有长料性的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制成：SiO2 73‑74.50份、Al2O3 1.50‑3.00份、Na2O 12.40‑16.00份、MgO 1.2‑2.66份、K2O 0‑1.55份、CaO 5.9‑7.1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，可采用半机械化成型，同时产品具有良好的物料性能，其维氏显微硬度大于500Kg/mm2。

Description

一种具有长料性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，特别涉及一种具有长料性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。在玻璃瓶罐的生产工艺中，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，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，人工吹制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，较低的生产效率是人工成型的主要缺点，如何改进人工成型的生产效率已经成为相关工程技术人员的主要关注点。此外，成型工艺的改变也应该对玻璃液的“料性”进行调整，以适应其“硬化”速度。例如：人工成型的时间远多于机械成型的时间，这要求人工成型时玻璃液的“料性”要足够长，一般来说人工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。因此，对人工成型工艺进行合理的优化，并设计满足理化性能和成型工艺要求的玻璃配方，是解决上述问题的关键。
（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、产品力学性能较好的具有长料性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：
一种具有长料性的大瓶罐玻璃，由以下重量份数的有效材料制成：
SiO2 73-74.50份、Al2O3 1.50-3.00份、Na2O 12.40-16.00份、MgO 1.2-2.66份、K2O0-1.55份、CaO 5.9-7.1份。
上述有效材料的优选配比为：
SiO2 73-74.30份、Al2O3 2.30-3.00份、Na2O 12.40-14.10份、MgO 2.00-2.50份、K2O 1.00-1.55份、CaO 6.8-7.1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、MgO的来源为氧化镁、K2O的来源为碳酸钾、CaO的来源为碳酸钙。
上述具有长料性的大瓶罐玻璃的制备方法，包括如下步骤：
（1）准确称取各原始材料相应原料的重量并混合均匀制成配合料，将配合料在窑炉中于1803-1823K下熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1396-1451K；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；挑出的玻璃液应是足够多的，不需要多次反复挑料；
（4）经初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经过二次吹制后，瓶身形状已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，之后反复在2#铸铁模具中吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中，在751-791K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1813-1823K。
步骤（2）中，工作部的温度为1398-1451K，粘度为102Pa·s。
步骤（6）中，将大瓶罐玻璃制品放入退火窑中，在758-791K下退火0.5h后随炉冷却。
本发明的制备方法介于机械成形和人工成形之间，既解决了大瓶罐玻璃无法一次性机械成型的问题，又提高了人工成型的生产效率；相应的，本发明的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，能够避免因成型过程时间较长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力学性能，其维氏显微硬度大于500Kg/mm2。
（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1-5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具有长料性的大瓶罐玻璃及其制造方法做进一步说明，其中实施例2为最佳实施例。实施例1-5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74.30份、氢氧化铝3.09份、碳酸钠26.72份、氧化镁2.48份、碳酸钙11.87份。
制造方法具体步骤如下：
（1）根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在窑炉中于1803K熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1396K，粘度为102Pa•s；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；
（4）经步骤（3）的初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，然后利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经步骤（4）的二次吹制后，瓶身形状也已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，需反复在2#铸铁模具中进行吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中在751K下退火0.5小时后随炉冷却。该玻璃的成型温度范围是327K，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75.05份、氢氧化铝4.64份、碳酸钠21.42份、氧化镁2.51份、碳酸钾1.49份，碳酸钙12.41份。
制造方法具体步骤如下：
（1）根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在窑炉中于1823K熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1451K，粘度为102Pa•s；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；
（4）经步骤（3）的初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，然后利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经步骤（4）的二次吹制后，瓶身形状也已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，需反复在2#铸铁模具中进行吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中在791K下退火0.5小时后随炉冷却。该玻璃的成型温度范围是367K，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3.55份、碳酸钠24.36份、氧化镁2.01份、碳酸钾2.24份，碳酸钙12.96份。
制造方法具体步骤如下：
（1）根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在窑炉中于1813K熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1398K，粘度为102Pa•s；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；
（4）经步骤（3）的初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，然后利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经步骤（4）的二次吹制后，瓶身形状也已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，需反复在2#铸铁模具中进行吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中在758K下退火0.5小时后随炉冷却。该玻璃的成型温度范围是355K，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75.25份、氢氧化铝2.94份、碳酸钠22.80份、氧化镁2.67份、碳酸钾2.30份，碳酸钙11.32份。
制造方法具体步骤如下：
（1）根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在窑炉中于1813K熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1423K，粘度为102Pa•s；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；
（4）经步骤（3）的初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，然后利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经步骤（4）的二次吹制后，瓶身形状也已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，需反复在2#铸铁模具中进行吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中在770K下退火0.5小时后随炉冷却。该玻璃的成型温度范围是332 K，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74.95份、氢氧化铝2.32份、碳酸钠27.64份、氧化镁1.21份、碳酸钾1.79份，碳酸钙10.77份。
制造方法具体步骤如下：
（1）根据上述化学组成，准确称取各组成相应原料的重量并混合均匀而制成配合料，将配合料在窑炉中于1803K熔融并均化；
（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1403K，粘度为102Pa•s；
（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；
（4）经步骤（3）的初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，然后利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；
（5）经步骤（4）的二次吹制后，瓶身形状也已经得到，但是瓶壁仍然较厚，为了使瓶壁变薄，需反复在2#铸铁模具中进行吹制，直到吹大至成品规格；
（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中在764K下退火0.5小时后随炉冷却。该玻璃的成型温度范围是340K，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 (7)

1.一种具有长料性的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制成：SiO273-74.50份、Al2O3 1.50-3.00份、Na2O 12.40-16.00份、MgO 1.2-2.66份、K2O 0-1.55份、CaO 5.9-7.1份。
2.根据权利要求1所述的具有长料性的大瓶罐玻璃，其特征为，由以下重量份数的有效材料制成：SiO2 73-74.30份、Al2O3 2.30-3.00份、Na2O 12.40-14.10份、MgO 2.00-2.50份、K2O 1.00-1.55份、CaO 6.8-7.1份。
3.根据权利要求1所述的具有长料性的大瓶罐玻璃，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、MgO的来源为氧化镁、K2O的来源为碳酸钾、CaO的来源为碳酸钙。
4.根据权利要求1所述的具有长料性的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征为，包括如下步骤：（1）准确称取各原始材料相应原料的重量并混合均匀制成配合料，将配合料在窑炉中于1803-1823K下熔融并均化；（2）由步骤（1）得到的玻璃液经料道流至工作部后温度降至1396-1451K；（3）利用玻璃挑料机器人的挑料杆一次性挑出足够的玻璃液，滴入1#铸铁模具中，利用压缩空气进行初次吹制；（4）经初次吹制后，瓶罐的瓶口已经硬化，利用人工夹具夹住瓶口将半成型的玻璃瓶罐移入2#铸铁模具中，利用压缩空气进行二次吹制；（5）经过二次吹制后，瓶身形状已经得到，之后反复在2#铸铁模具中吹制，直到吹大至成品规格；（6）将步骤（5）得到的大瓶罐玻璃制品放入退火窑中，在751-791K下退火后随炉冷却。
5.根据权利要求4所述的具有长料性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1813-1823K。
6.根据权利要求4所述的具有长料性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1398-1451K，粘度为102Pa·s。
7.根据权利要求4所述的具有长料性的大瓶罐玻璃的制备方法，其特征在于：步骤（6）中，将大瓶罐玻璃制品放入退火窑中，在758-791K下退火0.5h后随炉冷却。
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