第六章 玻璃的成形 第一节 概述 成型时，玻璃液

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1 第六章 玻璃的成形 第一节 概述 成型时，玻璃液
第六章 玻璃的成形 第一节 概述 将熔融玻璃液转变为具有固定几何形状制品的过程。 成型时，玻璃液 ①作机械运动，即在外力作用下，质点移动，达到所需形状，此过程与玻璃液的流变性质（粘度、表面张力、弹性等）有关； 玻璃工艺学

2 ②与周围介质发生热传递，由于冷却、硬化，玻璃液由粘性液态 可塑态 脆性固态，此过程与玻璃液及周围介质的热物理性质（比热、导热率、透热性、热传递系数等）有关。
玻璃工艺学

3 一、玻璃的主要成形性质(补充内容、不做要求）
熔融玻璃在可塑状态下的成型与玻璃液粘度（粘度—温度）、固化速度（温度—时间）、硬化速度（粘度—时间）及表面张力等成型要素有关。

4 1.粘度—温度（Δη/ΔT） 玻璃成型过程分为两个阶段：变型与定型。 成型：使玻璃具有制品所需的外形； 定型：将已成型的玻璃外形与以固定。 玻璃成型范围可选择在粘度—温度曲线的弯曲部分，这时的玻璃液最适宜于成型，由于成型方法不同，初始的成型粘度也不尽相同，即使成型方法相同，因单位时间产量不同或相同产品规格不一，成型时对玻璃液的粘度也有不同的要求。 适用于玻璃成型操作的粘度—温度范围称为成型温度范围（成型操作范围），包括从粘度为103～106.6Pa•s的软化温度范围。

5 2.固化速度（ΔT/Δt） 玻璃液的固化速度曲线是确定成型制度的主要依据，它表示在单位时间内玻璃液的冷却速度。 固化速度与玻璃的组成关系密切，料性长的玻璃固化速度较慢，可延长成型操作时间，适宜于生产形状复杂的制品，成型操作范围较宽。当需加速成型速度、提高生产能力时，希望制品能尽快的固化，以避免变形，此时可通过改变玻璃组成使料性变短。

6 3.硬化速度（Δη/Δt） 玻璃粘度与时间的关系称为玻璃的硬化速度。 Δη/Δt的值决定了不同规格制品的硬化速度，可通过调节玻璃组成和周围冷却介质来获得所需制品的硬化速度。 4.表面张力 在成型过程中，Δη/ΔT值决定了玻璃的成型温度范围，ΔT/Δt决定了玻璃成型中各个操作工序的延续时间，Δη/Δt则决定了玻璃的成型速度、冷却介质与冷却温度。

7 要求：玻璃液有良好的流动性，在外力作用下易于成型，有一定的冷却速度，不产生析晶和缺陷。 一般玻璃液的成型粘度范围为102～106Pa•s。
二、成 型 制 度 1. 成型温度范围即工作粘度范围 要求：玻璃液有良好的流动性，在外力作用下易于成型，有一定的冷却速度，不产生析晶和缺陷。 一般玻璃液的成型粘度范围为102～106Pa•s。 成型开始所需粘度于成型方法、玻璃的颜色和配方、制品的造型和质量有关。成型开始的粘度大致101.5～104Pa•s，灯泡玻璃约101.5Pa•s，平板玻璃102.5～103Pa•s，压制玻璃为103～104Pa•s。 成型终了粘度105～107Pa•s。 玻璃工艺学

8 对于平板玻璃的生产，其熔制速度快、生产率高，要求玻璃料的料性短、硬化速度较快，以利于高速成型。
2. 各阶段持续的时间 根据△η/△T确定，比如浮法成型中抛光区长短的确定。 3. 冷却介质或成型模具的温度 玻璃工艺学

9 三、成 型 方 法 玻璃的成型主要有：吹制法（空心玻璃瓶）、压制法（烟灰缸）、压延法（压花玻璃）、拉制成型：如玻璃管的拉制，有水平拉制（如丹纳法用于日光灯、霓虹灯等薄壁玻璃管的生产）和垂直引上法（用于生产厚壁管）、离心法、浇铸法、浮法等。

10 第二节 吹制成型(blow process)
人工吹制和机械吹制 人工吹制：产量低、强度大； 机械吹制：由供料机将一定形状和质量的料滴，有规律的滴入雏形模中，如林取自动制瓶机及行列式制瓶机。 玻璃工艺学

11 图1 林取10型制瓶机成形过程示意图 1-接受料滴 真空吸口及补气 倒吹气 雏形模翻转 5-雏形模微开进行更热 移入成形模 料泡在成形模中 8-吹气成形 9-成品钳出

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13 第三节 拉制成形(drawing process)
成形各种板材和管材。 一、平板玻璃的垂直拉制法 有槽法、无槽垂直引上法、对辊法 玻璃平整度较差，波筋、条纹等缺陷难以避免。 二、玻璃管的拉制 分水平拉制和垂直引上（引下） 水平拉制一般采用丹纳法，此法可拉制外径2～70mm的玻管，主要用于生产按碚瓶、日光灯、霓虹灯等的薄壁玻璃管

14 图3 丹纳拉管法示意图 玻璃液从池窑工作部经流槽流出，由闸板控制流量，流出的玻璃液呈带状落绕在耐火材料制成的旋转管上。旋转管上端直径大，下端直径小，以一定的倾斜角安装在机头上，由中心钢管连续输入空气。在不停的旋转下，玻璃液从上端流到下端形成管根，管根被拉成玻璃管，经石棉辊道引入拉管机中，拉管机的上下两组环链夹持玻璃管，使之连续拉出，并按一定长度截断。

15 第四节 平板玻璃的成型（重点） 玻璃具有广泛的用途，其中平板玻璃产量最大，占据了突出的地位。
第四节 平板玻璃的成型（重点） 玻璃具有广泛的用途，其中平板玻璃产量最大，占据了突出的地位。 机制平板玻璃的制造方法基本有两种：窗玻璃法和压延、磨光玻璃法——传统工艺。其中窗玻璃法：包括有槽法、无槽法、平拉法和旭法；压延和磨光玻璃法是指玻璃液经钢辊（上下两个）滚压成型、退火的玻璃。 浮法成型——PB法 玻璃工艺学

16 图4 垂直引上法生产平板玻璃示意图

17 浮法成型：英国皮尔金顿公司研制，1959年投产。
一、生产原理 玻璃液漂浮在比它重的金属液表面上，在表面张力作用下使玻璃具有光洁平整的表面，冷却硬化过程中保持从而获得平板玻璃的生产方法。 玻璃工艺学

18 温度在1100℃时，玻璃液经溢流口→流槽流到锡液表面上，在重力及表面张力作用下，玻璃液被摊成玻璃带，向锡槽尾部拉引，经抛光、拉薄、强化、冷却后被引上过渡辊台，辊台辊子转动，把玻璃带拉出锡槽进入退火窑。

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20 2. 浮法玻璃的自身抛光（玻璃在锡液面上的抛光时间）；
二、浮法生产对工艺的要求 1. 浮抛介质的选择； 2. 浮法玻璃的自身抛光（玻璃在锡液面上的抛光时间）； 3. 玻璃厚度的控制（玻璃的拉薄） 玻璃工艺学

21 （一）浮抛介质的选择：用作玻璃液的浮抛金属液的要求
①T=1050℃下，密度大于玻璃的密度,以保证玻璃能漂浮在金属液上。 ②金属熔点低于600℃，沸点高于1050℃，1000℃左右蒸汽压应尽可能低（＜13.33Pa），即玻璃带离开浮抛窑时，金属呈液态，且高温挥发少。 玻璃工艺学

22 （一）浮抛介质的选择： ③1000℃左右，不于玻璃液发生化学反应。
满足以上要求的金属有镓、铟、锡三种，其中锡最便宜，无毒。锡的T熔=232℃，T沸=2270℃，ρ常=7300Kg／m3,蒸汽压小（1027℃， Pa），纯净的锡液不污染玻璃，且不润湿玻璃。对锡的纯度要求＞99.9%。 玻璃工艺学

23 （二 ）浮法玻璃的自身抛光 高温玻璃液在σ作用下，使具有光洁平整的表面，在η=102.7~103.2Pa·s范围内σ的抛光作用能得到充分发挥，玻璃液与锡不反应，互不侵润，是玻璃自身抛光的先决条件。为保证抛光质量，抛光区温度应严格分布均匀，要有足够的时间，一般1min左右。抛光时间的计算见书１５３页。 玻璃工艺学

24 如何控制玻璃厚度是浮法生产平板玻璃的关键。 了解两个：平衡厚度、表面张力的增厚作用
（三）玻璃厚度的控制 如何控制玻璃厚度是浮法生产平板玻璃的关键。 了解两个：平衡厚度、表面张力的增厚作用 玻璃工艺学

25 问题：生产厚度＞6mm的玻璃或生产厚度＜6mm玻璃？
1. 浮法玻璃的平衡厚度 浮法玻璃的自由（平衡）厚度：浮在锡液面上的玻璃液在不受到任何外力作用时所显示的厚度。（通过估算与实测Ｈ＝７mm；在有拉边辊的拉引力作用下，厚度约为5.7～6.3mm ），见书152页图2-3-11。 问题：生产厚度＞6mm的玻璃或生产厚度＜6mm玻璃？ 玻璃工艺学

26 生产厚度＞6mm的玻璃较易，主要是限制玻璃带的自由变宽，可在锡槽摊平抛光区设置石质挡边器来控制宽度，同时加大玻璃液供给量，并调整拉引速度，就可生产6～30mm厚的玻璃；
玻璃工艺学

27 生产厚度＜6mm玻璃比较困难。原因是：①玻璃横断面受力不够，玻璃带与锡液间摩擦力小，玻璃带断面受力小于克服玻璃内摩擦力所需的力； ②表面张力的增厚作用。
玻璃工艺学

28 2. 表面张力的增厚作用。在高温下，玻璃的粘度小（约103Pa·s ），表面张力充分发挥作用。浮在锡液上的玻璃带，横向没有约束力，当纵向拉力增加时，宽度缩小（甚至拉断），而厚度改变不大。即使利用拉边器暂时保持宽度，玻璃带短期被拉薄，随后又会在表面张力的作用下，缩小宽度，厚度又回到平衡厚度。 玻璃工艺学

29 降低温度使粘度增至105Pa·s，而σ增加较小，巨大的粘滞力使表面张力难以发挥作用。相对来说，σ的增厚作用大大减弱，为玻璃拉薄创造条件。
控制措施： ①玻璃在摊平抛光后，充分的降低温度。 降低温度使粘度增至105Pa·s，而σ增加较小，巨大的粘滞力使表面张力难以发挥作用。相对来说，σ的增厚作用大大减弱，为玻璃拉薄创造条件。 ②设置拉边辊。 采用石墨或不与玻璃液粘接的金属材料制成。设置在降温区850～700℃（η=105.9~107.4Pa·s），成对对称的布置在玻璃带两侧。 玻璃工艺学

30 拉薄玻璃，必须在玻璃带的850～700℃处设置拉边器。拉边器的头部有齿条，可压入玻璃带，以一定的速度自转。
3. 玻璃拉薄 拉薄玻璃，必须在玻璃带的850～700℃处设置拉边器。拉边器的头部有齿条，可压入玻璃带，以一定的速度自转。 ①拉边辊线速度＜拉引辊的拉引速度，通过调整速度差，使两辊间玻璃带横断面受到预定拉力，好像玻璃带固定在拉边辊上，而由拉引辊施加拉力。 玻璃工艺学

31 ②拉边辊的对数与厚度有关，如板厚为5mm、3mm、2. 5mm，相应的拉边辊对数为1对、4对、5对。如拉引3mm厚玻璃，第一对拉边辊速度0
②拉边辊的对数与厚度有关，如板厚为5mm、3mm、2.5mm，相应的拉边辊对数为1对、4对、5对。如拉引3mm厚玻璃，第一对拉边辊速度0.085m/s，最后一对0.17m/s。 ③设置拉边辊后，厚度与拉引速度有一定对应关系，玻璃越薄，拉引速度越大。

32 三、浮法成型的工艺制度（玻璃的拉薄方式） 1. 高温拉薄法： 2. 低温拉薄法：可以拉制更薄的玻璃
①强冷重热拉薄法： 摊平抛光区：1050～900℃，η=103Pa·s，约2min 强冷区：降至900～700℃，若生产＜6mm，强冷至800℃再缓冷到700℃，设置拉边辊，加大拉引力，η=106~107Pa·s 重热区：700～800℃，η=104.65~105.35Pa·s 硬化区：降温至600～650℃，增大粘度，使玻璃保持原状，拉出锡槽，进入退火窑 玻璃工艺学

33 硬化区：降温至600～650℃， η=105.75Pa·s ~1010Pa·s，粘度增大，使玻璃保持原状，拉出锡槽，进入退火窑
②徐冷拉薄法 摊平抛光区：1050～900℃，η=102.7~103.2Pa·s，约2min 徐冷区：降至850℃，η=104.25Pa·s 拉薄区：降至700℃ ，η=104.25Pa·s ~105.75Pa·s 硬化区：降温至600～650℃， η=105.75Pa·s ~1010Pa·s，粘度增大，使玻璃保持原状，拉出锡槽，进入退火窑

34 四、锡液的污染及其对玻璃质量的影响 1. 锡液的污染 主要是锡液中O、S生成SnO、SnO2或SnS、SnS2，导致玻璃缺陷。
2. 对玻璃质量的影响 SnO、SnO2使玻璃表面产生“雾点”粘锡（玻璃降温时熔解氧）；SnS、SnS2固态浮在锡面上划伤玻璃，SnS、SnS2易挥发，冷凝时落在尚没硬化的玻璃表面上，形成坑点，引起“光畸变点”。 3. 防止措施： ①通入保护气体，还原性惰性气体，防止锡的氧化。一般常用N2加适量H2，比例见书156页。 ②锡液中加入保护物质：活泼元素，优先于O反应生成浮渣，然后除去，如Na、Li、Mg、Cu、Zn等。 玻璃工艺学

35 1. 满足快速成型的配合料。料性短，硬化速度快，所以一般采用高钙低碱成分。
五、浮法玻璃成分 1. 满足快速成型的配合料。料性短，硬化速度快，所以一般采用高钙低碱成分。 2. 采用还原气氛。为防止还原反应，配合料成分中不能含有Pb、As、Sb、Cu等易被还原的元素。 3. 为防止Sn污染，玻璃中SO2、SO3严格控制，芒硝不能用太多，芒硝引入Na2O＜0.5% 4.成分中Al2O3、Fe2O3含量应较低。 六、浮法生产的优点 玻璃工艺学

36 各种成型法比较 浮法 有槽 无槽 平拉 玻璃厚度(mm) 1.7～30 0.4～2 0.4～20 0.6～30 宽度(m) 5.6 4.5
2.5～4 质量 好 差 接近浮法 近于无槽 产量 大 多台引上机 高于有槽 成分 高钙低碱 低钙高镁 特点 缺陷多 操作工艺难度大 玻璃工艺学

37 作 业： 1. 解释浮法成型及锡液在玻璃浮法成型过程中的作用。 2. 解释平衡厚度、浮法玻璃难以拉薄的原因及采取的相应措施。