玻璃和陶瓷包装材料

会计学1玻璃和陶瓷包装材料2

2.组成与分类（1）组成 主要是氧化物玻璃，由各种氧化物组成。

²玻璃形成体氧化物：可以单独形成玻璃。如SiO2，B2O3，P2O5

²改变体氧化物：不能单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质。主要是碱金属氧化物和碱土金属氧化物，如Na2O，K2O，CaO等。

²中间体氧化物：在一定条件下可以形成玻璃。如Al2O3，ZnO等（2）分类 按组成分：硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铝酸盐玻璃等。 按用途分：平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃等。第1页/共48页3

3.玻璃包装材料的特点 玻璃包装材料主要是钠-钙-硅玻璃。属硅酸盐玻璃。 优点：优良的光学性能；化学惰性和稳定性好；阻隔性能好；抗内压强度高。 缺点：抗冲击强度低；重量大；不能承受内外温差的急剧变化；生产耗能大。 发展趋向：高强度轻量化。第2页/共48页4

4.1.2玻璃的结构

一、晶体的结构 晶体结构中，原子、离子或分子的空间排列规则有序。 微观尺度（几个原子间距）和宏观尺度（微米、米）上观察，都由最小结构单元（晶胞）重复周期性排列构成。 如石英晶体，硅氧四面体排列规则有序，“短程”和“长程”都有很好的重复性和周期性。

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二、玻璃的结构

玻璃结构中，从几个原子间距的微观尺度来看，原子排列规则有序；但从较长的距离观察，原子排列无规则。这种结构特点称为短程有序、长程无序。

如石英玻璃，硅氧四面体排列短程有序、长程无序。第4页/共48页6

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三、钠-钙-硅（Na2O-CaO-SiO2）系玻璃的结构 在石英玻璃的硅氧四面体网络结构中，引入Na2O、CaO金属氧化物。使原来互相连接的硅氧四面体网络断裂，“氧桥”（氧原子与2个硅原子相连）变为“非氧桥”（氧原子只与1个硅原子相连），钠、钙离子在非氧桥附近，处于断裂网络形成的空隙中，以平衡氧离子的负电荷。第6页/共48页8

四、晶体与玻璃的性质 热转变：晶体——结晶温度（熔点Tm）；玻璃——玻璃化转变温度Tg。 导热性、粘度、X光衍射、加工性能等。

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4.1.3玻璃的物理性质

一、密度 密度主要决定于构成玻璃的原子质量、原子堆积和配位数。 普通玻璃2.5g/cm3左右。密度最小的石英玻璃2.21g/cm3，特种玻璃可高达8.0g/cm3。二、硬度 硬度主要决定于构成玻璃的原子半径、电荷大小和堆积密度。 石英玻璃硬度最大。加入钠、钾、铅等离子使玻璃硬度降低。第8页/共48页10

三、机械强度1.玻璃的理论强度 玻璃的理论强度可以由格里菲斯公式计算：

其中，E为弹性模量；a为比表面能；l为裂纹长度。 裂纹长度按分子间距离代入，玻璃理论强度可达10000MPa，2.玻璃的实际强度 但实际抗张强度或抗折强度不到理论强度的1%。原因主要是玻璃结构存在缺陷、组成的不均匀、玻璃表面存在裂纹等。第9页/共48页11

3.多组分玻璃的强度 按线性加和关系近似计算：四、粘度1.粘度的概念 弹性体受力-变形关系： 粘性流体受力-变形关系：第10页/共48页12

2.温度对粘度的影响 粘度随温度的变化：其中Q为粘流活化能。 实际玻璃组成复杂，需要修正：3.玻璃的料性 玻璃的料性是指粘度在10~105Pas范围内随温度变化的快慢。 长性玻璃（料性长），粘度随温度变化慢，适合于形状复杂玻璃器皿的成型。 短性玻璃（料性短），粘度随温度变化快，适合于形状简单、速度快的制瓶机成型。第11页/共48页13

五、热性能1.线性热膨胀系数 线性热膨胀系数 不同组成的玻璃线性热膨胀系数范围为：6.8~15010-7K-1.

玻璃的热膨胀系数决定了其抗热冲击性能，即玻璃能承受温度剧变的能力。

T=115010-6

多组分玻璃的热膨胀系数符合线性加和关系。

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2.玻璃的导热性 玻璃的导热性常用导热系数表示： 玻璃是热的不良导体。六、光学性能 玻璃具有优异的光学性能。 为保护内容物，加入某些过渡金属或稀土金属离子，制成有色玻璃。第13页/共48页15

4.1.4玻璃的化学性质

一、玻璃侵蚀机理1.玻璃与水及酸的作用

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2.玻璃与潮湿空气的作用 玻璃表面吸附空气中的水分子，形成OH原子团。 玻璃在大气中受到侵蚀的现象叫做风化。3.玻璃与碱的作用 碱不仅影响玻璃中的硅酸盐部分，也能侵蚀骨架上的硅氧。结果使玻璃表面全部脱落。 玻璃对碱的稳定性远不如对酸和水的稳定性，所以玻璃不宜作为碱性物质的包装容器。第15页/共48页17

4.玻璃的脱片侵蚀 使用化学稳定性不良的安瓶，在热压消毒中或长期贮存药品后，因药液对玻璃的侵蚀而产生脱片。第16页/共48页18

二、玻璃的化学稳定性与组成的关系 硅氧四面体越完整，化学稳定性越好。 阳离子与非氧桥之间的化学键。三、化学稳定性的测试1.粉末法2.表面法第17页/共48页19

3.加速试验 玻璃侵蚀相当缓慢，常用加速试验方法进行测试。 换算关系用莱尔方程：其中a、b、c为常数；N为每立升NaOH的侵蚀量。为时间；T为绝对温度。 对于瓶罐玻璃，建立了加速试验与真实使用条件相联系的测试方法，莱尔方程改写为：

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第二节玻璃容器的

成型与加工第19页/共48页21

4.2.1熔制玻璃原料 玻璃原料分为主要原料和辅助原料。一、主要原料1.引入SiO2的原料 一般常用硅砂（又称为石英砂）、砂岩、石英岩等。 硅砂的化学成分主要是SiO2，还含有少量的Al2O3、K2O、Na2O、CaO等。

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2.引入Al2O3和B2O3的原料 引入Al2O3的原料有：长石、粘土等天然矿物，也有用氧化铝、氢氧化铝等化工原料。主要是长石（钾长石K2OAl2O36SiO2、钠长石Na2OAl2O36SiO2、钙长石CaOAl2O36SiO2）。粘土的化学成分为Al2O32SiO22H2O。 引入B2O3的原料为：硼酸和硼砂（Na2B4O710H2O）。3.一价金属氧化物原料

Na2O——纯碱（碳酸钠）、芒硝（硫酸钠）、硝酸钠

K2O——硝酸钾、碳酸钾

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4.二价金属氧化物原料

CaO——方解石、石灰石、白垩、沉淀碳酸钙

MgO——白云石、菱镁矿、沉淀碳酸镁5.四价金属氧化物原料二、辅助原料1.澄清剂 高温时本身汽化或分解放出气体，促进排除玻璃中的气泡。 常用的澄清剂有白砒、三氧化二锑、硫酸盐（硫酸钠等）、氟化物、氯化钠等。第22页/共48页24

2.着色剂 使玻璃着色的物质，主要是某些过渡或稀土金属的氧化物。 常用玻璃着色剂见表8-1。3.脱色剂 减弱铁化合物对玻璃着色的影响。 化学脱色剂（硝酸钠、硝酸钾、硝酸钡、白砒、氧化锑等）：氧化作用使着色能力强的FeO氧化为着色能力弱的Fe2O3。 物理脱色剂（二氧化锰、硒、氧化钴等）：互补色的着色剂。 生产中物理脱色与化学脱色结合使用。第23页/共48页25

4.乳化剂 使玻璃呈不透明乳白色的物质。 常用乳化剂是冰晶石、氟硅酸钠、萤石等。5.碎玻璃 回收利用、助熔剂。

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一、玻璃的熔制1.玻璃熔炉4.2.2玻璃的熔制与成型

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2.玻璃熔制过程（1）硅酸盐形成阶段：800~9000C（2）玻璃形成阶段：1200~12500C（3）澄清阶段：1400~15000C，粘度约100P。（4）均化阶段（5）冷却阶段：温度约为12000C，粘度约103P。第26页/共48页28

二、玻璃容器的成型1.特征温度与玻璃粘度（1）熔点。即熔融温度。玻璃液的粘度为102P，钠-钙-硅玻璃的熔点为1500~15600C。（2）成型操作点。粘度约为104P，对应温度约为10000C。（3）软化点。玻璃不能形变的最高温度。粘度为4107P，对应温度约为7240C。（4）退火点。粘度为1013P，对应温度约为5500C。（5）应变点。玻璃开始变为脆性固体。粘度为31014P，对应温度约为5000C。第27页/共48页29

2.玻璃容器的成型 料滴料泡成型 成型方法：吹-吹法、压-吹法、压制法

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3.成型缺陷 原料、机器、工艺。

影响强度、外观、密封性等。第30页/共48页32

玻璃制品生产使玻璃表面和内部存在剩余应力，退火就是消除玻璃中的剩余应力的热处理过程。一、玻璃瓶罐中的应力1.结构应力：化学组成不均匀、缺陷引起热膨胀不同而产生的应力。2.热应力：玻璃各部分加热或冷却速率不一致而产生的应力。（1）永久应力：不存在温度差时仍然存在的应力称为永久应力或残余应力。（2）暂时应力：随温差的消失而消失的热应力称为暂时应力。4.2.3玻璃容器的退火及表面处理

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二、玻璃瓶罐的退火1.退火温度 普通玻璃退火温度540~6000C，对应的粘度为1013~1011P。2.退火工艺 加热、保温、缓慢降温、快速降温。

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三、玻璃表面与表面处理 玻璃表面性质对玻璃制品的性能影响很大。1.玻璃表面的缺口敏感性 玻璃表面的裂痕对玻璃的强度影响极大。

其中m为裂痕处真实应力；0为表观应力；c为裂痕深度；t为缺口尖端半径。第33页/共48页35

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2.玻璃表面的化学稳定性3.玻璃表面处理技术（1）酸处理：腐蚀表面微小裂纹（2）火抛光：熔化，借助表面张力使裂纹愈合（3）涂敷有机化合物：甲基硅油、二甲基二氯硅烷等有机硅化合物涂敷（4）硫霜化反应：玻璃碱性氧化物与炉气中酸性气体反应生成硫酸钠粉霜，洗去粉霜后玻璃表面富集二氧化硅。（5）双层涂敷工艺：金属涂敷剂+有机物涂敷剂第35页/共48页37

一、强化玻璃技术1.风冷强化法 冷空气或油浴急剧冷却处于高温尚未软化的玻璃。4.2.4强化玻璃与轻量玻璃容器第36页/共48页38

2.化学强化处理 用半径较大的钾离子(0.133nm)置换玻璃中的钠离子(0.097nm)，将压应力预先置入玻璃表面。 普通玻璃置于KNO3熔盐中，一般处理温度不超过4000C。

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二、轻量玻璃容器1.重容比 重容比：玻璃瓶罐的重量W(g)与其容积C(ml)之比。2.轻量化级L=0.44WV-0.77

重量级L>1.4；标准重量级L=1~1.4；轻量级L=0.7~1；超轻量级L<0.7第38页/共48页40

广义陶瓷：无机非