CN112960897A - 一种去除厚底玻璃瓶应力的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，涉及玻璃瓶加工技术领域。本发明将厚底玻璃瓶先进行表面处理，然后再进行预热、匀热、瓶底热处理、抛光之后，最后进行退火处理。利用本发明的加工工艺可以有效除去厚底玻璃瓶中的应力，提高玻璃瓶的强度以及热稳定性。

Description

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法

技术领域

本发明涉及玻璃瓶加工技术领域，尤其涉及一种去除厚底玻璃瓶应力的方法。

背景技术

玻璃瓶在生产过程中，玻璃瓶经受激烈的、不均匀的温度变化，会产生热应力。这种热应力能降低玻璃瓶的强度和热稳定性。

玻璃瓶中的应力一般可分为三类：热应力、结构应力及机械应力。其中热应力是由于玻璃中存在温差而产生的应力，按其产生的特点可分为暂时应力和永久应力两类。

1)暂时应力

在温度低于应变点时，处于弹性变形温度范围内(即脆性状态)的玻璃在经受不均匀的温度变化时所产生的热应力，随温度梯度的存在而存在，随温度梯度的消失而消失，这种应力称为暂时应力。

把温度低于应变点以下的、无应力的玻璃板进行双面均匀自然冷却，则玻璃表面层的温度急剧下降，由于玻璃的导热系数低，故内层冷却缓慢，由此在玻璃内部产生了温度梯度，沿厚度方向的温度场分布呈抛物线形。

玻璃瓶在冷却过程中处于较低温度的外层收缩量应大于内层，但由于受到内层的阻碍而不能收缩到正常收缩量，所以外层产生了张应力，内层处于压缩状态而产生了压应力。这时玻璃厚度方向的应力分布是外层为张应力，内层为压应力，其应力分布呈抛物线形。在玻璃中间的某层，压应力和张应力大小相等，应力方向相反，相互抵消，该层应力为零，称中性层。

玻璃瓶继续冷却，当表面层冷却到室温后，表面温度不再下降，其体积也不再收缩，但内层温度高于外层，它将继续降温收缩，这样外层开始受到内层的拉引而产生压应力，此部分应力将部分抵消冷却开始时所受到的张应力，而内层收缩时受到外层的拉伸呈张应力，将部分抵消冷却开始时的压应力。随着内层温度不断下降，外层的张应力和内层的压应力不断相互抵消，当内外层温度一致时，玻璃中不再存在应力.反之，若玻璃板由室温开始加热，直到应变点以下某温度保温时，其温度变化曲线与应力变化曲线恰与上述相反。

暂时应力虽然随温度梯度的消失而消失，但其应力值应严加控制，若超过了玻璃的抗张强度的极限，玻璃会发生炸裂。通常应用这一现象以骤冷的方法来切割玻璃制品及玻璃管、玻璃棒等。

2)永久应力

当玻璃瓶玻璃内外温度相等时所残留的热应力称永久应力。将一块玻璃瓶加热到高于玻璃应变点以上的某一温度，待均热后板两面均匀自然冷却，经一定时间后玻璃中温度场呈抛物线分布。玻璃外层为张应力而内层为压应力，由于应变点以上的玻璃具有粘弹性，即此时的玻璃为可塑状态，在受力后可以产生位移和变形，使由温度梯度所产生的内应力消除。这个过程称为应力松弛过程，这时的玻璃内外层虽存在着温度梯度但不存在应力。当玻璃冷却到应变点以下，玻璃已成为弹性体，以后的降温与应力变化与前述的产生暂时应力的情况相同，待冷却到室温时虽然消除了应变点以下产生的应力，但不能消除应变点以上所产生的应力，此时，应力方向恰相反，即表面为压应力，内部为张应力，这种应力为永久应力。

3)结构应力

玻璃瓶因化学组成不均导致结构上的不均而产生的应力称结构应力。它是属于永久应力，玻璃瓶即使经退火也不能消除这种应力。玻璃中的成分不均体，其热膨胀系数与主体玻璃不相同，因而主体玻璃与不均体的收缩、膨胀量也不相同，在其界面上产生了应力，所以，退火也不能消除这类应力。例如，当玻璃中存在结石、条纹和节瘤时，就会在这些缺陷的界面上引起应力。

4)机械应力

由外力作用在玻璃瓶中玻璃上引起的应力，当外力除去时该应力随之消失，此应力称机械应力。在生产过程中，若对玻璃瓶施加过大的机械力也会使玻璃制品破裂。

为了消除玻璃瓶中的应力，需要在玻璃瓶加工过程中进行退火处理，即消除或减少玻璃制品中的热应力至允许值的热处理过程。但是目前现有处理技术对厚底玻璃瓶中的应力去除效果相对较差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，该方法能够有效去除玻璃瓶身以及瓶底的应力，提高了厚底玻璃瓶的强度以及热稳定性。

本发明去除厚底玻璃瓶应力的方法，包括以下步骤：

S1、表面处理，对厚底玻璃瓶进行打磨、清洁、干燥处理；

S2、预热，将干燥后的厚底玻璃瓶进行整体预热至100-150℃；

S3、匀热，将预热后的厚底玻璃瓶在温度为200-300℃下进行匀热；

S4、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为300-400℃，保温10-30min，快速冷却至80-150℃；

S5、对玻璃瓶进行抛光处理；

S6、退火处理，将抛光后的玻璃瓶置于退火炉中，并在550-650℃下保温60-120min，再冷却处理。

优选地，步骤S1是利用高速旋转的抛光轮压向玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.63～0.01微米的玻璃瓶。

进一步优选地，所述抛光轮的旋转速度为20-50米/秒。

优选地，步骤S1将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥。

优选地，步骤S2是将干燥后的玻璃瓶置于预热炉中，采用1-2℃/min的速率进行升温至100-150℃，并保温5-10min进行预热。

优选地，步骤S3是将预热后的厚底玻璃瓶继续升温至200-300℃，升温速率为5-10℃/min，并保温20-30min进行匀热。

优选地，步骤S4中的冷却速度为20-100℃/min。

优选地，步骤S5是对玻璃瓶采用化学抛光处理，其中采用的化学抛光剂是由氧化铬微粉、表面活性剂、螯合剂、消泡剂、分散剂和水混合而成。

进一步优选地，所述化学抛光剂中各原料的质量百分数如下：

氧化铬微粉10-20％、表面活性剂3-5％、乙二醇3-5％，丙三醇3-5％，其余为水。

优选地，所述表面活性剂为吐温80，所述氧化铬微粉的粒径为1-5μm。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供了一种对厚底玻璃瓶进行应力去除的方法，该方法能够有效去除玻璃瓶中的热应力、结构应力及机械应力,提高玻璃瓶的强度以及热稳定性。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，以下实施例采用的厚底玻璃瓶中瓶底厚度为3mm，瓶身厚度为2mm。

实施例1

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，步骤如下：

S1、表面处理，利用旋转速度为30米/秒的抛光轮压向厚底玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.3微米的玻璃瓶；然后将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥；

S2、预热，将干燥后的玻璃瓶置于预热炉中，采用1℃/min的速率进行升温至120℃，并保温10min进行预热；

S3、匀热，将预热后的厚底玻璃瓶继续升温至280℃，升温速率为10℃/min，并保温30min进行匀热；

S4、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为300℃，保温15min，快速冷却至100℃，其中冷却速度为60℃/min；

S5、对玻璃瓶采用化学抛光处理，其中采用的化学抛光剂是由粒径2.5μm氧化铬微粉15wt％、吐温805wt％、乙二醇5wt％，丙三醇5wt％，其余为水构成；

S6、退火处理，将抛光后的玻璃瓶置于退火炉中，并在600℃下保温80min，再冷却处理。

实施例2

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，步骤如下：

S1、表面处理，利用旋转速度为30米/秒的抛光轮压向厚底玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.3微米的玻璃瓶；然后将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥；

S2、预热，将干燥后的玻璃瓶置于预热炉中，采用1℃/min的速率进行升温至150℃，并保温10min进行预热；

S3、匀热，将预热后的厚底玻璃瓶继续升温至280℃，升温速率为5℃/min，并保温30min进行匀热；

S4、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为400℃，保温20min，快速冷却至100℃，其中冷却速度为60℃/min；

S5、对玻璃瓶采用化学抛光处理，其中采用的化学抛光剂是由粒径2.5μm氧化铬微粉20wt％、吐温805wt％、乙二醇5wt％，丙三醇5wt％，其余为水构成；

S6、退火处理，将抛光后的玻璃瓶置于退火炉中，并在650℃下保温120min，再冷却处理。

实施例3

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，步骤如下：

S1、表面处理，利用旋转速度为30米/秒的抛光轮压向厚底玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.3微米的玻璃瓶；然后将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥；

S2、预热，将干燥后的玻璃瓶置于预热炉中，采用2℃/min的速率进行升温至100℃，并保温5min进行预热；

S3、匀热，将预热后的厚底玻璃瓶继续升温至300℃，升温速率为8℃/min，并保温30min进行匀热；

S4、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为300℃，保温10min，快速冷却至80℃，其中冷却速度为100℃/min；

S5、对玻璃瓶采用化学抛光处理，其中采用的化学抛光剂是由粒径2.5μm氧化铬微粉20wt％、吐温805wt％、乙二醇5wt％，丙三醇5wt％，其余为水构成；

S6、退火处理，将抛光后的玻璃瓶置于退火炉中，并在600℃下保温60min，再冷却处理。

对比例1

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，步骤如下：

S1、表面处理，利用旋转速度为30米/秒的抛光轮压向厚底玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.3微米的玻璃瓶；然后将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥；

S2、匀热，将干燥后的玻璃瓶升温至280℃，升温速率为10℃/min，并保温30min进行匀热；

S3、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为300℃，保温15min，快速冷却至100℃，其中冷却速度为60℃/min；

S4、退火处理，将冷却后的玻璃瓶置于退火炉中，并在600℃下保温80min，再冷却处理。

对比例2

一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，步骤如下：

S1、表面处理，利用旋转速度为30米/秒的抛光轮压向厚底玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.3微米的玻璃瓶；然后将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥；

S2、退火处理，将干燥后的玻璃瓶置于退火炉中，并在600℃下保温80min，再冷却处理。

将实施例1-3以及对比例1-2处理后的玻璃瓶进行性能检测，检测结果如表1所示。

表1

	瓶底冲击强度	瓶身冲击强度	瓶底热变形温度	瓶身热变形温度
					实施例1	46.2KJ/m<sup>2</sup>	43.4KJ/m<sup>2</sup>	248℃	231℃
实施例2	46.0KJ/m<sup>2</sup>	42.8KJ/m<sup>2</sup>	245℃	229℃
					实施例3	45.8KJ/m<sup>2</sup>	43.1KJ/m<sup>2</sup>	241℃	228℃
对比例1	31.9KJ/m<sup>2</sup>	26.3KJ/m<sup>2</sup>	198℃	184℃
					对比例2	20.7KJ/m<sup>2</sup>	19.6KJ/m<sup>2</sup>	173℃	170℃

从表1中可以看出，利用本发明实施例1-3的工艺获得厚底玻璃瓶的强度以及热稳定性均高于对比例1-2。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、表面处理，对厚底玻璃瓶进行打磨、清洁、干燥处理；

S2、预热，将干燥后的厚底玻璃瓶进行整体预热至100-150℃；

S3、匀热，将预热后的厚底玻璃瓶在温度为200-300℃下进行匀热；

S4、瓶底热处理，对匀热后的玻璃瓶瓶底进行加热处理，加热温度为300-400℃，保温10-30min，快速冷却至80-150℃；

S5、对玻璃瓶进行抛光处理；

S6、退火处理，将抛光后的玻璃瓶置于退火炉中，并在550-650℃下保温60-120min，再冷却处理。

2.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S1是利用高速旋转的抛光轮压向玻璃瓶，使磨料对玻璃瓶表面产生滚压和微量切削，获得表面粗糙度Ra为0.63～0.01微米的玻璃瓶。

3.根据权利要求2所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，抛光轮的旋转速度为20-50米/秒。

4.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S1将打磨后的玻璃瓶采用表面活性剂进行表面清洗，并进行干燥。

5.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S2是将干燥后的玻璃瓶置于预热炉中，采用1-2℃/min的速率进行升温至100-150℃，并保温5-10min进行预热。

6.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S3是将预热后的厚底玻璃瓶继续升温至200-300℃，升温速率为5-10℃/min，并保温20-30min进行匀热。

7.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S4中的冷却速度为20-100℃/min。

8.根据权利要求1所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，步骤S5是对玻璃瓶采用化学抛光处理，其中采用的化学抛光剂是由氧化铬微粉、表面活性剂、螯合剂、消泡剂、分散剂和水混合而成。

9.根据权利要求8所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，所述化学抛光剂中各原料的质量百分数如下：

氧化铬微粉10-20％、表面活性剂3-5％、乙二醇3-5％，丙三醇3-5％，其余为水。

10.根据权利要求9所述的去除厚底玻璃瓶应力的方法，其特征在于，所述表面活性剂为吐温80，所述氧化铬微粉的粒径为1-5μm。