Стеклянные флаконы и баночки: термические напряжения и отжиг

В процессе формования стекло соприкасается с формой, а также подвергается воздействию охлаждающего воздуха, что приводит к его быстрому охлаждению (например, за 10 секунд с 1100 ℃ до 600 ℃). В результате между внутренней и внешней частями стекла возникает значительная разница температур, и напряжение, возникающее из-за этой разницы, называется термическим напряжением. (Сила, остающаяся внутри стекла, приводит структуру молекул в состояние деформации.)

Если не устранить термические напряжения, это приведет к значительному снижению механической прочности и термической стабильности изделий и даже к появлению саморастрескивания. Поэтому изделия необходимо нагреть в печи до температуры отжига, а затем выдержать их в течение определенного времени; после снятия термических напряжений следует провести медленный отжиг, чтобы остаточные напряжения не превышали определенного значения, что обеспечит безопасное использование изделий.

Суть отжига заключается в уменьшении или устранении остаточных напряжений и предотвращении появления новых.

Внутреннее напряжение пивных бутылок составляет ≤4, что меньше 30,0^o. Рекомендуется контролировать внутреннее напряжение в легких бутылках, изготовленных методом выдувания с давлением в горловине, на уровне ≤ 2, причем значение должно быть менее 15,0^o.

Напряжение в изделии можно определить с помощью измерителя напряжения, а угол поворота поляризатора соответствует уровню напряжения в изделии: Уровень 1 0,0^{(o) -7}.4^o, Уровень 2, 7,5^o-14.9^o, Уровень 3 15,0^o-22.4^o, Уровень 4 22,5^{(o) -29,9(o)}, Уровень 5 30,0(^{o) -37,4 (o), и}Уровень 5 30,0(^{o) -37,4 (o).}-29.9^o, Уровень 5 30,0^o-37.4^o.

Изображение уровня напряжения 4 на дне флакона из материала изумрудно-зелёного цвета

Температура отжига Ta: означает, что после трех минут выдержки при этой температуре можно снять 95% напряжения; эта температура также называется верхним пределом температуры отжига (примерно 555 °C)

Температура перехода Tg: В диапазоне между точкой отжига Ta и точкой деформации Ts. Стекла вблизи этой температуры обладают вязкоупругими свойствами, и плазма может подвергаться вязкому течению, устраняющему температурный градиент в различных частях стекла. (около 530 °C)

Точка деформации Ts: означает, что после трёх минут выдержки при этой температуре удаётся снять лишь 5% напряжения; эта температура также называется нижним пределом температуры отжига (примерно 515 °C)

Теоретические значения температуры отжига Ta и температуры деформации Ts можно рассчитать по следующим уравнениям:

Температура отжига Ta = 0,8381 × SP-44,223 (°C)

Точка деформации Ts = 0,8094 × SP-52,062 (°C)

Здесь SP — температура размягчения стекла, и при изменении температуры размягчения стекла изменяются также температура отжига и температура деформации.

Температура отжига, под которой понимается температура, при которой изделие можно отжигать в течение 15 минут для снятия внутренних напряжений, как правило, на 20–30℃ ниже теоретического значения. В большинстве случаев температура отжига натриево-кальциевого стекла составляет 510–550℃.

В связи с различиями в положении установки термопары в печи для отжига, глубине её погружения, контрольно-измерительной аппаратуре и другими возможными факторами, даже если речь идет о печах для отжига одного и того же типа, следует устанавливать разумную температуру и скорость отжига исходя из результатов измерения напряжений в изделии, не следует следовать жестким стандартам.

При снятии внутренних напряжений, как правило, чем выше температура отжига и чем дольше время выдержки, тем лучше результат. Чем толще стекло и чем сложнее форма изделия, тем выше вероятность концентрации напряжений; в этом случае для устранения напряжений следует повысить температуру отжига и увеличить время выдержки (уменьшить скорость движения ленты с крупной сеткой).

Правильное расположение стеклянных бутылок и банок на ленте с крупными ячейками с соблюдением надлежащего расстояния между ними способствует снижению напряжений. Как обеспечить оптимальное расстояние между стеклянными бутылками и банками, чтобы распылитель холодного воздуха мог опускаться ниже уровня горлышка бутылки, и в то же время избежать разрушения от напряжений, вызванного слишком высокой скоростью ленты с крупными ячейками? При новом строительстве или капитальном ремонте следует исходить из типа продукции, выпускаемой формовочной машиной, её технических характеристик и скорости работы машины для расчёта и выбора подходящей печи для отжига.

Если в ходе производственного процесса напряжение в изделии не соответствует требованиям, необходимо выяснить причины, обратив внимание на отжиговое оборудование и сам процесс отжига. К чистым причинам относятся: выход из строя нагревательных элементов отжиговой печи, остановка верхнего циркуляционного вентилятора, неточное отображение температуры отжига, низкая температура поступающих изделий, неправильные настройки температуры отжига и кривой отжига, а также недостаточное время отжига. Установив истинные и точные причины, можно будет естественным образом определить меры по их устранению.