粘度对玻璃生产工艺的影响.docx

粘度测量对玻璃生产工艺的影响
粘度是玻璃的重要性质之一，它贯穿着玻璃生产的各个阶段，从熔制、澄清、均化、成形、加工、直到退火都与粘度密切相关。在熔制过程中，石英颗粒的溶解、气泡的排除、和各组分的扩散都和粘度有关，在工业上，有时加入少量助溶剂降低熔制玻璃的粘度，以达到澄清和均化的目的，在成形和退火方面，粘度起着控制性作用，在成形过程中，不同的成形方法和成形速度要求不同的粘度和料性，例如在高速成形机的生产中，粘度必须控制在一定的范围内，而成形机的机速决定于粘度随温度的递变速度；在退火过程中，玻璃的粘度和料性对制品内应力的消除速度都有重要作用，高粘度的玻璃具有较高的退火温度，料性短的玻璃退火温度一般较窄，此外玻璃的析晶和一些机械性能也与粘度有关。
影响玻璃粘度的主要因素是化学组成和温度，在转变区范围内，还有时间有关。玻璃的粘度随温度下降而增大。从玻璃液到固态玻璃的转变，粘度是连续变化的，期间没有数值上的突变，这一点不同于晶体，晶体加热至熔化温度时，粘度是突然变化的。不同的玻璃对应于某一粘度值的温度不同。在玻璃生产中许多工序（和性能）都可以用粘度作为控制和衡量的标志。
鉴于玻璃生产需要，一般把生产控制常用的粘度点同粘度-温度曲线数值相近的点联系起来，可以反映出玻璃生产工艺中各个特定阶段的温度值，如图1示。图1硅酸盐玻璃的粘度-温度曲线
（一）常用的粘度值参考点
①应变点：大致相当于粘度为1013.6Pa·s的温度，即应力能在几小时内消除的温度，也称退火下限温度；
②转变点（Tg）：相当于粘度为1012.4Pa·s的温度，高于此点玻璃进入粘滞状态，开始出现塑性变形，力学性能开始迅速变化；
③退火点：大致相当于粘度为1012Pa·s的温度，即应力能在几分钟内消除的温度，也称退火上限温度；
④变形点：相当于粘度为1010~1011Pa·s的温度范围；
⑤软化温度（Tf）：它与玻璃的密度和表面张力有关，相当于粘度为3×106~1.5×107Pa·s之间的温度。密度约2.5g/cm3的玻璃相当于粘度为106.6Pa·s的温度，软化温度大致相应于操作温度的下限；
⑥操作范围：相当于成形时玻璃液表面的温度范围。T上限指准备成形操作的温度，相当于粘度为102~103Pa·s的温度。T下限指成形时能保持制品形状的温度，相当于粘度大于105Pa·s的温度，操作范围的粘度一般为103~106.6Pa·s；
⑦熔化温度：相当于粘度为10Pa·s的温度，在此温度下玻璃能以一般要求的速度熔化；
⑧自动供料机供料的粘度：102~103Pa·s；
⑨人工挑料的粘度：102.2Pa·s；
⑩挑料人衬炭模的粘度：103.5Pa·s；
⑪脱模（衬炭模）的粘度：106Pa·s。
粘度在生产中的应用
在生产中，玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成形、退火等工艺过程的温度控制，一般都是以其对应的粘度为依据制定的。因此掌握粘度的变化规律对控制生产、提高产品产量和质量是有利的。
1、玻璃的熔制
玻璃熔制温度范围所对应的粘度一般为100.7~10Pa·s（如钠钙硅玻璃相当于1451~1566℃）。经验证明，在该粘度的温度下，玻璃能较快熔化。
在玻璃熔制过程中，石英颗粒是最后进入玻璃熔体的物质，其溶解、扩散关系到整个熔制过程的速度。随之而来的澄清、均化等过程都与玻璃的粘度有关。例如在澄清过程中、气泡的上升速度和粘度成反比，因此生产中常通过升高温度或引入少量助熔剂来降低粘度，达到加速玻璃澄清和均化的目的。
玻璃成形
根据玻璃制品的形状不同，玻璃一般采用吹、压、拉、轧（或这些方法的组合）等进行成形。在成形过程中粘度具有重要的作用，往往是控制因素。玻璃成形开始和终了所需的粘度与成形方法、玻璃颜色、制品的形状和重量等许多因素有关，这些因素在成形过程中对成形速度具有决定性作用。通常成形开始粘度为101.5~103Pa·s，终了的粘度为105~107Pa·s。
在机械成形时还必须考虑以下因素：
①粘度为102Pa·s与106Pa·s的温度差（T上限－T下限）。此温度差大则料性长，成形时机速相对较慢；此温度差小则料性短，机速较快。
②成形温度范围内的散热速度。散热速度快则机速可适当加快。
③玻璃液相温度的粘度与成形开始温度与液相温度之差。液相温度下粘度大则成形析晶倾向小，同样成形开始温度与液相温度之差小，则成形时可迅速越过析晶区，析晶倾向减小。
除粘度外，玻璃成形还与玻璃的热传导、表面张力、比热容、密度和热膨胀等因素有关。
玻璃退火
玻璃中的应力消除一般是通过粘滞流动和弹性松弛来消除的。在粘度为1011.5~1013Pa·s的温度范围内，主要通过粘滞流动来消除应力，应力消除的速度与粘度成反比，与应力大小成正比。1012Pa·s的粘度可作为退火过程的参考点，当温度较低（粘度低于1013Pa·s的温度，特别