玻璃与陶瓷课件

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1、第七章玻璃、陶瓷包装材料,教学基本内容：介绍玻璃原料及种类和玻璃的性能；玻璃包装容器制造 。 重点：1.玻璃的种类 2. 玻璃的性能 耐热性、机械性能、光学性能、化学稳定性 3. 玻璃包装容器制造 难点：玻璃的性能 本章节主要教学要求：学生应了解玻璃的种类，掌握玻璃的性能和在包装上的应用，熟悉玻璃包装容器制造方法。,本章主要内容 1 概述 2玻璃的分类 3 玻璃的性能 4 陶瓷简介,玻璃与陶瓷属于硅酸盐类材料。玻璃与陶瓷包装是指以普通或特种玻璃与陶瓷制成的包装容器，如玻璃瓶、玻璃罐、陶瓷瓶与缸、坛、壶等容器。,第一节 玻璃包装材料,一、概述 1、玻璃发展历史 原始社会末期开始使用玻璃 九千年前

2、偶然发现玻璃 五千多年学会制造玻璃（埃及古墓） 3500年前中国殷商时期的瓷器有“素肌玉骨”之称 2000年前罗马人用砖砌筑小池熔化玻璃，玻璃透明 700年前15世纪世界玻璃制造中心在威尼斯，玻璃厂集中于穆兰诺岛 1615年英国汤姆以煤炭为燃料的坩埚熔制技术 1675年英国人拉文斯克罗夫制成含氧化铅的火石玻璃（中国战国时期出现铅钡玻璃）,1688年法国人路易发明浇铸法 1790年瑞士人发明搅拌法 1881年德国人阿贝和肖特合作研究光学玻璃，奠定了玻璃科学基础 19世纪中期发生炉煤气、蓄热室池窑得以应用，开始出现蒸汽机。 1903年机械吹筒法 1913年比利时弗克法建厂，1922年传入中国 19

3、16年美国人柯尔本法建厂，七十年代传入中国 1925年美国皮兹堡法建厂，六十年代传入中国 七十年代日本旭法研制成功，比利时格拉威伯尔法研制成功 1959年浮法研制成功，1962年建厂 1971年洛阳浮法投产,玻璃含义：作为一种材料和制品； 指物质的一种物理化学状态。 广义的玻璃包括无机物和有机物两大类，传统的玻璃是指无机玻璃。 玻璃定义： ASTM(美国材料试验学会) ：玻璃是熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。 前苏联科学院名词术语委员会的定义为：由过冷熔体制得的无定形物体，不论其化学成分如何，冷凝范围多大，统称为玻璃。 我国硅酸盐辞典的定义是：介于晶态和液态之间的一种持抹状态，由熔融体过

4、冷而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为短程有序和长程无序。,2、玻璃的分类： 玻璃是由硅砂(或称石英砂：SiO2)、纯碱(Na2C03)、石灰石(CaC03)、长石(钾长石、钠长石、钙长石等)以及碎玻璃等为主要原料经高温(约1600)熔融、凝固而成的固体物质。 钠钙玻璃：CaO、Na2O的含量较高，最易成型加工，成本低， 常用于耐热性和耐化学性能无特殊要求的场合，主要 用于玻璃包装容器的玻璃瓶、罐以及其他玻璃器皿、 平板玻璃等。 玻璃 铅玻璃：以PbO成分较多的一种光学玻璃，具有较高的光折射 率，通常作为照明灯管使用。 硼硅酸玻璃：是一种含B203成分较多的中性硬质耐热玻璃。具有 耐化

5、学性好、热膨胀系数低的特点，在包装上主要 制作医用注射药的小玻璃瓶及其他玻璃管等。,作为玻璃包装容器，其80一90是玻璃瓶和罐。 玻璃瓶：通常指的是饮料用的小口瓶， 玻璃罐：通常指的是食品用的广口瓶。 玻璃瓶罐的种类：主要包括啤酒瓶、各种酒瓶，饮料瓶、牛奶瓶、油瓶、调味品瓶、化妆品瓶、药瓶、果酱瓶、食品水果瓶等。 玻璃瓶罐是一种古老而又新颖引人的包装容器，在激烈的竞争中，它始终能介于食品、饮料、化工、医药等包装领域而立于不败之地。,3 玻璃包装容器的优点表现如下： (1)无毒无味，化学稳定性极好，卫生清洁，耐气候性好。 (2)光亮、透明、美观，阻隔性能极好，不透气。 (3)原料来源丰富、价格便

6、宜；成型性好，加工方便，品种形状灵活；可回收及重复使用。 (4)耐热、耐压、耐清洗；可高温杀菌，也可低温贮藏。 玻璃包装容器的缺点为：重量大，运输费用高；脆性大、易破碎，加工能耗大；印刷等二次加工性差。 缺点影响着玻璃包装容器的使用和发展。特别是受到质轻的塑料及其复合包装材料的冲击。 发展趋势：轻量化，玻璃容器（食品）的消耗量已占到包装材料总量的10左右。,二、玻璃包装材料的化学组成 玻璃的化学成分基本上是二氧化硅（SiO2）和各种金属氧化物。 SiO2在玻璃中形成硅氧四面体的结构网，即为玻璃的骨架，使玻璃具有一定的机械强度、耐热性和良好的透明性、稳定性等。 金属氧化物：包括氧化钠、氧化钙、氧

7、化铝、氧化硼、氧化钡、氧化铬和氧化镍等。这些金属氧化物与氧化硅按一定配比，经过高温熔融、冷却形成固定物质,三、瓶罐玻璃的主要性能 玻璃是一种熔体受冷却，黏度逐渐增大而形成的非晶态刚体物质，它是一种不规则 SiO2四面体网状结构，没有明显的软化点。这种结构类似于液体的原子排列，因此当温度升高时；玻璃就逐渐从接近固体的状态变成接近液体的状态而呈现流动性，而冷却时又朝相反状态变化。 玻璃的性能除了决定于它的化学组成以外，还受加热过程温度变化的影响。 玻璃的性能表现在以下几个方面:,1化学性能 玻璃是一种惰性材料，一般认为它对固体和液体内容物均具有化学稳定性，对绝大部分内容物，玻璃不会与之发生化学反应

8、析出玻璃或其他有害杂质。 玻璃的耐蚀性对弱酸和水等内容物大多无任何影响，而对碱性溶液或高酸性内容物会有一定的影响，特别是在长时间、高温、高压的条件下会加速玻璃的腐蚀。玻璃能耐一定程度的酸，但在氢氟酸溶液中会被完全溶解。 玻璃的酸碱性也会影响其耐化学性能。中性玻璃(含硼、铝量多者)较碱性玻璃(如钠钙玻璃)具有更高的耐蚀性能。 钠钙玻璃是瓶、罐包装容器的主要种类，其中的碱性物质（如Na2O)会慢慢地从玻璃中析出而影响内容物品质，析出的碱金属在玻璃表面呈白点或从表面脱落，发生所谓的风化现象、从而形成悬浮或沉淀。化学品、医药品基本上采用中性玻璃容器进行包装。,2物理力学性能 玻璃的力学性能主要表现为机

9、械强度的大小。玻璃是一种脆性材料，它的理论强度比金属还大。可达100000kg/cm2。 由于玻璃表面经常会有细微伤痕、裂纹、刮伤等缺陷存在，其实际强度一般仅为理论强度的1(约200-1000kgcm2范围)。 即：玻璃的强度与化学组成关系不大，主要取决于玻璃的表面状况，通常，人们用金刚石刮痕折断玻璃板也是这个原理的实际应用。,对于玻璃表面的缺陷，通常可经退火或表面增强处理而使强度增大，退火玻璃一般强度可达700kg/cm2以上，而通过钢化处理可使强度达1400-2800kgcm2，这种玻璃通常称为钢化玻璃。通过钢化处理可使外表面具有较高压力，而内部具有拉应力来提高强度。 钢化玻璃：是一种预应

10、力玻璃,为通常使用化学或物理的方法，在玻璃表面形成压应力，玻璃承受外力时首先抵消表层应力，从而提高了承载能力，增强玻璃自身抗风压性，寒暑性，冲击性等。,钢化玻璃的优点： 安全性。当玻璃被外力破坏时，碎片成类似蜂窝状的碎小钝角颗粒，减少对人体的伤害。 高强度。同等厚度的钢化玻璃抗冲击强度是普通玻璃的35倍，抗弯强度是普通玻璃的35倍。 热稳定性。钢化玻璃具有良好的热稳定性，能承受的温差是普通玻璃的3倍， 可承受200的温差变化。 钢化玻璃的缺点： 钢化后的玻璃不能再进行切割，和加工，只能在钢化前就对玻璃进行加工至需要的形状，再进行钢化处理。 钢化玻璃强度虽然比普通玻璃强，但是钢化玻璃在温差变化大

11、时有自爆（自己破裂）的可能性，而普通玻璃不存在自爆的可能性。,玻璃的强度：主要包括抗拉强度和抗压强度。 一般抗拉强度远小于抗压强度，约为抗压强度的l/20，因此，玻璃的拉应力是造成玻璃包装容器破损的主要因素。 玻璃包装容器的结构形状不合理，壁厚不均、表面划伤、应力集中等均会在温差突变、瞬间冲击等作用下导致容器破损。 玻璃包装容器的强度足以能承受较高的内压，因此，它可以用于含气饮料的包装，并能经受各种处理性操作过程。,3光学性能 玻璃的光学性能表现为透明性和光泽度。当透明玻璃作为包装容器时，消费者对内容物可一目了然，并能少用或不用表面装饰而表现内容物的自然状态，同时，玻璃表现为各向同性、光亮，使

12、玻璃包装容器具有极好的陈列效果，给人以明亮、清晰、高档的感觉。 大多数普通玻璃除了紫外线不能透过外，其他光线(包括红外线)均能透过。但玻璃的高透明度对某些内容物包装却是不利的，为了防止有害光线对内容物的损害，玻璃可以通过不同着色来防止。在这方面玻璃具有很大的灵活性，如洗发膏通常用乳白色瓶，而啤酒大多用茶色或绿色瓶包装。 绿色、琥珀色、乳白色称为标准三色，玻璃的颜色可通过加入各种着色剂加以着色，着色剂的加入，除了影响光学性能外，其他性能基本上无影响。,玻璃的光学性能体现为透明性和折光性。 干净的玻璃有高度的透明性。 由琥珀色玻璃吹制的瓶子（厚度2mm），能遮隔波长大于4500A的光，绿色玻璃能遮

13、隔波长3500A左右的光。 厚度与种类影响玻璃滤光性。 玻璃的折光性使工艺品玻璃容器具光彩夺目的装潢效果。,4.耐热性能 玻璃具有很高的耐热和导热性能及低的热膨胀系数(约为10 -7，0-500)，是铝的1/3、黄铜的2/5。它能经得起加工过程中540-570的退火处理而不变形，因此，它能经得起加工过程中的杀菌、消毒、清洗等高温处理，能应用于微波炉加工和果蔬食品的热加工。 玻璃的导热性能与玻璃的厚度有关。厚度小、导热快；反之，厚度大，传热慢。玻璃的薄壁化对热加工食品来说能获得更有效的热渗透。 注意：普通玻璃对温度骤变而产生的热冲击的适应能力较差，特别是在厚度较大时极易发生破损。含硼量较高的耐热

14、玻璃能较好地承受热冲击，包装上主要用作医用注射瓶包装；普通钠钙玻璃容器也非常适合于热充填工艺。,玻璃有一定的耐热性，但不耐温度急剧变化。作为容器玻璃，在成分中加入硅、硼、铅、镁、锌等的氧化物，可提高其耐热性，以适应玻璃容器的高温杀菌和消毒处理。 容器玻璃的热稳定受热膨胀系数、抗拉强度和弹性系数的影响最大，它与抗张强度成正比，与热膨胀系数成反比。容器玻璃的厚度不均匀，或存在结石、气泡、微小裂纹和不均匀的内应力，均会影响热稳定性。,5阻隔性能 玻璃对气体、液体及溶剂均具有完全阻隔性能，作为容器，其密封性较好，对盛装含气饮料，其CO2的渗透率几乎是零。只要封口严密，玻璃容器将是一种完美的、高阻隔性的

15、包装容器。 6.复用性能 玻璃瓶可回收再用，碎玻璃可回收再熔融制造玻璃制品。 7.成型性能 玻璃是一种没有明显熔点的热塑性材料，因此，只要选择适当的模具、工艺就能制成各种形状和大小的容器及制品；如圆型、方型、矩型、异型等形状；其中包括长颈瓶、大口瓶(罐)、曲线型瓶及其他玻璃制品。 由于玻璃制品能从原料一次性成型而成，因此，其成型加工灵活、方便。,四、熔制玻璃的原料 按照玻璃制造过程中的作用和用量，玻璃原料分为主要原料相辅助原料两类。 主要原料：指往玻璃中引入各种氧化物的原料，如石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。按氧化物的性质又可分为酸性氧化物、碱性氧化的、碱土金属氧化物和二价氧化物、多价氧化

16、物等。按所引入氧化物在玻璃结构中的作用，又可分为玻璃形成体氧化物、中间体氧化物和网络外体氧化物。 辅助原料：是指使玻璃获得某些必要的性质和加速熔制过程的原料。它们用量小，作用独特而重要。根据作用的不同，分为澄清剂、着色剂、氧化剂、还原剂等。,（一）主要原料 1、 SiO2 SiO2是最主要的玻璃形成体氧化物。含SiO2的原料在自然界中分布极为广泛，但适用于玻璃工业生产的并不多，一般常用硅砂、砂岩、石英岩等。硅砂又称石英砂，为颗粒状，质地纯净的硅砂为白色，因含有铁的氧化物和有机质，故一般呈淡黄色、浅灰色或红褐色。 硅砂的化学成分主要是SiO2，随着硅砂形成的条件及伴生矿物的不同，硅砂的化学组成中可含有少量的A1203 K2O、Na2O、CaO、Mgo、Fe2O3 等。Fe2O3，是有害成分，它能使玻璃着色而影响透明度。在有些硅砂中还含有Cr2O3，它的着色能力比Fe2O3 强30一50倍，可使玻璃呈绿色，所以在制造无色玻璃时,要严格控制这些