3.压制成型
压制成型适合于制造形状简单的厚壁玻璃制品或厚壁空心制品。其优点是操作简单,生产效率高,制品规格一致,且不需要 太高的操作技能。但其应用范围受到许多限制,如壁不能太簿,空腔不能太深,侧壁不能有凹凸不平。而且,制品表面往往有一些不光滑的斑点,并带有模缝线,其棱角不分明,因表面张力的作用而是园的,影响外观效果。为消除上述缺点,有时采用研磨,抛光的方法对表面进行修正。
成型时,将从熔窑取出的玻璃液1放入模型2中,再将模环3放在模型上,然后模芯4开始下压,将玻璃液压向四周,直至填满整个内腔。制品5压成后,将底板6往上推,制品即可脱模而出。
由模型,模环和模芯构成的空间,要精确符合制品的形状。除有时要将制品在加热成可塑状态下做进一步的修正以改变外形之外,模型的内部轮廓应与制品的外部轮廓相一致。
模型分闭式模和开式模两种。闭式模是整体结构,只能用以压制外形轮廓和内部空腔都是由下而上逐渐放大的制品,如玻璃杯,碟子,烟灰缸等;开式模则是一种分体模,可用以压制形状稍复杂些的制品,开模时,将模型从绞链处打开,以免损坏制品的外形。
4.压延成型
用 压延法成型的玻璃品种有;压花玻璃(2-12 mm厚的单面花纹玻璃),夹丝玻璃(厚度为6-8 mm),波纹玻璃(有大波和小波之分,厚度为7 mm左右),槽形玻璃(分无丝和有丝两种,厚度为7 mm),熔融法生产的玻璃马赛克和微晶花岗岩板材(厚度为10-15 mm)目前,压延法已不用来生产光面的窗用玻璃或制镜用的平板玻璃。压延成型分单辊压延和双辊压延两种。
4.1单辊压延法 是一种古老的成型方法。将玻璃液倒在工作平台的金属板上,用金属辊将其压延成平板,再送入退火炉退火。为避免金属工作台和辊轴不致被烧坏,须装设冷却装置。
由于玻璃液和金属板不可能同时接触,因此玻璃板表面极不平整,常有很多裂纹,有某种程度的弯曲与明显的波纹,而且仅仅是透光而并不透明。
这种方法无论在产量,质量和成本上都没有优势,是一种属于淘汰的方法。
4.2 双辊压延法 玻璃液由池窑工作池沿流槽流出,进入成对的用水冷却的中空压辊,经滚压而成平板,再送入退火炉退火,这是一种连续压延成型的方法,其产量,质量,成本都优于单辊压延法。采用对辊压制的玻璃板两面的冷却强度大致相近。由于玻璃液与压辊成型面的接触时间短,即成型时间短,故采用温度较低的玻璃 液。
对压延玻璃的成分有如下要求;在压延前玻璃渡液应有较低的粘度以保持良好的可塑性,在压延后,玻璃的粘度应迅速增加,以保证固型,保持花纹的稳定与花纹清晰度,制品应有一定的强度并易于退火。
用两台双辊压延机组合在一起,就可压制夹丝玻璃。对夹丝玻璃的丝网有以下要求;
丝网的热膨胀系数与玻璃匹配。
丝网与玻璃不起化学反应,防止钢中的碳与玻璃中的氧生成CO2.
丝网应有一定的强度和熔点,防止夹入时拉断与熔断。
丝网应有磁性,以便在处理碎玻璃时容易除去。
在掰断夹丝玻璃时,丝网应比较容易掰断。
丝网价格便宜,易于采购。
通常采用的丝网材质为含18Cr的低碳钢,网丝直径为0.46-0.53mm.
5.浇铸成型
这 是一种古老的成型方法,主要用于制造光学玻片,艺术雕刻品等。盛玻璃液的坩埚由熔炉移出后稍待片刻,待玻璃液的粘度约在103-106泊时,可进行浇注。 在浇注前须将坩埚内玻璃液的表层刮去,以除去表面条纹。在浇注时,应在坩埚中留存适量的玻璃液,以免因受坩埚沾污而组成不均的玻璃液进入注模。
在浇铸时,如使模型高速旋转,由于离心力使玻璃熔体贴附到模子壁上,一直旋转到玻璃熔体硬化为止。采用这种方法能够制做大直径的玻璃器皿及大容量的化工设备。
6.离心法
离 心法是由池窑底部流液口流出的玻璃液流入离心盘,在离心盘的侧壁上开有4000-6000个孔眼,离心盘高速旋转时,玻璃液因离心力的作用由孔眼甩出而成细丝,它经高温高速的燃气吹制成纤维棉,之后若喷以合成树脂或沥青则成为硬质热绝缘材料。用这种方法制得的纤维直径2-15微米,制品容重10-15公斤 /米3,单机产量可达60吨/天,与喷吹法相比,它的纤维较长,且无玻璃细珠杂质。
7.喷吹法
喷吹法是用高速气流将玻璃液吹散成纤维状细 丝,因而可用于吹制玻璃纤维。如使玻璃纤维在表面张力作用下收缩成细珠,则可制成玻璃珠。将玻璃液用高速气流吹散成玻璃液流,再用电磁力的振动使液流分散成液滴,液滴在表面张力作用下形成细珠,这是又一种制造玻璃细珠的方法。用这种方法的优点是成本低,产量高,缺点是球径不易控制,有纤维或棉状杂质,或有 带尾巴状的细珠。
另一种制造玻璃珠的方法是粉未法,其原理是将玻璃粉碎成要求的颗粒,经过筛分,在一定温度下通过均匀加热区,使玻璃颗粒熔融,在表面张力的作用下形成细珠。用这种方法能制造硬质玻璃珠,珠径易控制,得珠率较高。其缺点是;生产周期长,产量低,成本高,热耗大。
8.烧结法
它是把玻璃磨成粉,加入一定量的粘结剂或发泡剂,经成形后再烧结成玻璃制品。其成形方法有;
干压法 在玻璃粉中加入少量液态结合剂,如水玻璃,用压机压制成所需形状,而后置于炉中加热到稍高于软化点的温度进行烧结。这种制品往往含有1%左右的微细孔,因而透明度有所降低。此法主要用于制造尺寸和形状要求较高的产品,如无线电元件和过滤漏斗等。
注浆法 把玻璃粉和水调制成“泥浆”,注入石膏模,经脱模,干燥,烧结而成玻璃制品。此法用于制造高硅氧玻璃制品及大型玻璃制品。
泡沫玻璃是另一类烧结制品,把能在高温下分解放出气体的物料作为发泡剂加入玻璃粉中,烧结时,发泡剂和玻璃粉相互作用的结果制成带很多闭口气孔的不透水的泡沫玻璃。
9.浮法成型
浮 法是指玻璃液流入锡槽后在熔融金属锡的表面上成型为平板玻璃的方法。熔窑内已冷却至1150-1100℃的玻璃液,通过连接熔窑与锡槽的流槽,流到熔融的锡液表面上,在自身重力,表面张力以及拉引力的作用下,摊开成玻璃带,并在锡槽中被抛光与拉薄,在锡槽末端玻璃带已冷却到600℃左右,将即将硬化的玻璃板引出锡槽,通过过渡辊台进入退火窑。
9.1浮法玻璃的成型机理
浮法成型分玻璃液流到锡液表面,玻璃液展薄,玻璃抛光和拉薄四个阶段。
(1) 玻璃液的自由厚度
玻 璃液与锡液互不浸润,互无化学反应,锡液的密度大于玻璃液,因而玻璃液浮于锡液表面,浮在锡液面上的玻璃液在不受任何外力作用时所显示的厚度称为自由厚度。自由厚度(H)决定于下列各力之间的平衡;玻璃液的表面张力σg,锡液的表面张力σt,玻璃液与锡液界面的表面张力σgt,以及玻璃液与锡液的密度 dg, dt,其关系式为;
H2 =2 dt (σg +σgt―σt)/g dg (dt―dg)
式中g为重力加速度
当玻璃液温度为1000℃时,把有关各值代入上式,得H =7mm,与实测值接近。
(2) 玻璃液的浮起高度
浮在锡液表面的玻璃液,必然有部分沉入锡液,其浮起高度h1和沉入深度h2可用下式计算;
h1=(1―dg / dt) ×H
(3)玻璃的抛光时间
由 流槽流入的玻璃液,由于流槽面和锡液面存在的落差以及流入时的速度不均,将形成成正弦状波纹,在玻璃液纵向漂移和横向扩展时,波纹将逐渐减弱。玻璃液由于表面张力的作用而使表面平整,达到玻璃抛光的目的。该过程所需的时间即为抛光时间。经理论计算及实际测定,成型温度为1000℃时,玻璃抛时间约为 1min.
(4)玻璃的拉薄
玻璃的拉薄分低温拉薄(850℃)和高温拉薄(1050℃)两种方法,拉制效果并不相同。低温法可以拉制更薄的玻璃。离开抛光区的玻璃进入强制冷却区,降温至700℃,粘度为107Pa s,而后进入重新加热区,温度回升到850℃,粘度为105Pa s,在使用拉边器的情况下进行拉薄,其收缩率达30%左右;离开抛光区的玻璃也可徐冷至850℃,再配合拉边器进行高速拉制,收缩率可降到28%以下。
9.2锡液的物理性质
作为浮抛液的锡液,在成型过程中的作用是托浮和抛光玻璃。锡液的物理性质示于下表;
锡液物理性质表
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由上表可知,锡液的密度大大高于玻璃的密度(2.7 g/cm3),有利于对玻璃的托浮;锡的熔点(231.96℃)远低于玻璃出锡槽口的温度(650-700℃),有利于保持玻璃的抛光面;锡的导热率为玻 璃的60-70倍,有利于玻璃板面温度的均匀;锡液的表面张力(462-502)×10-3N/m高于玻璃液的表面张力(220-380)×10-3 N/m,有利于玻璃的拉薄。另外,在玻璃成型的温度范围内,锡箔蒸气压变化在1.94×10-4—0.133Pa之间,所以锡液的挥发量极小。
使用锡液作为浮抛介质的主要缺点是Sn极易氧化成SnO,SnO2,不利于玻璃的抛光,同时又是产生虹彩,沾锡,光畸变等玻璃缺陷的主要原因,为此必须采用保护气体。
9.3保护气体
为防止锡液氧化,减少玻璃缺陷,在锡槽中引入由N2和H2组成的气体,其中N2所占的比例为91-96%。
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