유리병 및 유리 용기: 열 응력과 어닐링

성형 공정 중 유리가 금형과 접촉하거나 냉각 바람의 영향을 받아 급격히 냉각될 때(예: 1100℃에서 600℃로 10초 만에 냉각되는 경우), 유리의 내부와 외부 사이에 큰 온도 차이가 발생하며, 이 온도 차이로 인해 발생하는 응력을 열응력이라고 합니다. (유리 내부에 남아 있는 이 힘은 분자 구조를 변형된 상태로 만듭니다.)

열 응력을 제거하지 않으면 제품의 기계적 강도와 열적 안정성이 심각하게 저하될 뿐만 아니라, 심지어 자체 균열 현상이 발생하기도 합니다. 따라서 제품을 용광로에 넣어 어닐링 온도까지 가열한 후 일정 시간 동안 유지하여 열 응력을 제거하고, 잔류 응력이 특정 값을 초과하지 않도록 천천히 어닐링하여 제품의 안전한 사용을 보장해야 합니다.

어닐링의 핵심은 응력을 줄이거나 제거하고, 새로운 응력이 발생하는 것을 방지하는 데 있습니다.

맥주병의 내부 응력은 4 이하이며, 30.0보다 작다.^o. 입구가 작은 경량 병의 내부 응력을 2단계 이하, 15.0 미만으로 제어하는 것이 권장됩니다.^o.

제품의 응력은 응력 측정기로 감지할 수 있으며, 편광판의 회전 각도는 제품의 응력 수준과 일치합니다: 레벨 1 0.0^{(o) -7}.4^o, 레벨 2 7.5^o-14.9^o, 레벨 3 15.0^o-22.4^o, 4단계 22.5^{(o) -29,9(o)}, 레벨 5 30.0(^{o) -37.4(o), 그리고}5단계 30.0(^{o) -37.4(o).}-29.9^o, 레벨 5 30.0^o-37.4^o.

에메랄드 그린 소재 병 바닥 응력 레벨 4 사진

어닐링점 Ta: 이는 이 온도에서 3분간 가열하면 응력의 95%만큼 제거될 수 있음을 의미하며, 이를 어닐링 온도의 상한이라고도 합니다. (약 555°C)

상전이점 Tg: 어닐링 점 Ta와 변형 점 Ts 사이. 이 온도 근처의 유리는 점탄성 특성을 띠며, 플라즈마는 점성 유동을 통해 유리 내 여러 부분의 온도 구배를 제거할 수 있다. (약 530°C)

변형점 Ts: 이는 해당 온도에서 3분이 지난 후 응력의 5%만 제거될 수 있음을 의미하며, 이를 어닐링 온도의 하한이라고도 합니다. (약 515°C)

어닐링점 Ta와 변형점 Ts의 이론적 값은 다음 방정식을 참조하여 계산할 수 있다:

어닐링점 Ta = 0.8381 × SP-44.223 (°C)

변형점 Ts = 0.8094 × SP-52.062 (°C)

여기서 SP는 유리의 연화점을 의미하며, 유리의 연화점이 변하면 어닐링점과 변형점도 함께 변합니다.

응력을 15분 만에 제거할 수 있는 온도를 의미하는 어닐링 온도는 일반적으로 이론값보다 20℃~30℃ 낮습니다. 소다-라임 유리의 어닐링 온도는 대부분 510℃~550℃입니다.

어닐링로 내 열전대의 설치 위치, 삽입 깊이, 계측 방식 및 기타 가능한 차이점들로 인해, 비록 동일한 유형의 어닐링로라 하더라도 측정된 제품의 응력 결과에 따라 합리적인 어닐링 온도와 어닐링 속도를 설정해야 하며, 이를 엄격하게 고수해서는 안 됩니다.

응력 제거의 경우, 일반적으로 어닐링 온도가 높고 유지 시간이 길수록 효과가 더 좋습니다. 유리의 두께가 두껍고 제품의 형상이 복잡할수록 응력이 집중될 가능성이 높으므로, 어닐링 온도를 높이고 시간을 연장하여(대형 메쉬 벨트의 속도를 늦추어) 응력을 제거해야 합니다.

큰 메쉬 벨트 위에 유리병과 유리항아리를 정돈된 상태로 적절한 간격을 두고 배치하는 것은 응력 완화에 도움이 됩니다. 냉각 스프레이 건이 병 입구 표면 아래로 들어갈 수 있도록 유리병과 유리항아리의 간격을 적절하게 조정하는 동시에, 큰 메쉬 벨트의 속도가 너무 빨라 응력 파손이 발생하는 것을 방지하려면 어떻게 해야 할까요? 신규 건설이나 대수리 시에는 성형기가 생산하는 제품의 종류, 사양, 기계 속도를 바탕으로 적절한 어닐링로를 선정해야 합니다.

생산 과정에서 제품의 응력이 규격에 미달할 경우, 어닐링 장비와 어닐링 공정을 점검하여 원인을 파악해야 합니다. 일반적인 원인으로는 어닐링로 가열기 고장, 상부 순환 팬 정지, 어닐링 온도 표시 오류, 제품 투입 시 온도가 낮은 경우, 어닐링 온도 및 어닐링 곡선의 부적절한 설정, 그리고 어닐링 시간 부족 등이 있습니다. 실제적이고 정확한 원인을 파악하면, 그에 따른 대책은 자연스럽게 마련될 것입니다.