粘度对玻璃生产工艺的影响

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。此法是将玻璃熔体充满在共轴的旋转体与坩埚之间，给旋转体和坩埚以不同的角速度，则旋转体和坩埚因玻璃熔体的粘滞阻力而产生扭力矩。通过扭矩测量装置测出扭力矩，即可获得玻璃熔体的粘度。假定承载玻璃熔体的坩埚不动，而使旋转体以一定的角速度旋转时，根据式（3）计算玻璃熔体的粘度式中K——仪器常数，是由坩埚、旋转体的形状及其设定位置等所确定的常数；M——扭力矩；w——角速度。此法设备复杂，但测定范围广，且易实现自动化，缩短测定时间，操作简单，准确度和精确度高。落球法此法能测定玻璃熔化、澄清、成形开始等温度范围内的粘度，测定范围为1~103Pa·s。此法的测定原理是根据斯托克斯定律，即球在一个无边界的广阔的液体中等速运动时，液体的粘度可按下式计算式中η——粘度，Pa·s；g——重力加速度，m/s2；r——球半径，m；ρ——球的密度，g/m3；ρ’——玻璃液密度，g/m3；V——球的运动速度，m/s。斯托克斯定律只是当球体在一无限范围的液体中运动才是正确的，在实际测量中，必须考虑有限的边界条件，即坩埚臂和底带来的影响，因此，实际使用时，引入仪器常数K加以修正。此法的特点是：设备结构简单，容易制造，准确度较高，但操作不方便，粘度值测定范围较窄。压入法此法测定玻璃的粘度范围为107~1012Pa·s。此法是在平板试样上，用加有一定负荷的针状、球状或棒状的压头压入，从压头压入的速度求粘度的方法，粘度可由下式算出。式中P——负荷；l——压头压入深度；t——从l=0~l所需的时间；R——球的半径。拉丝法本法测定的粘度范围为107~1014Pa·s，为低温粘度。该法是用一定长度和直径的无缺陷的玻璃丝，在直立的管状电炉中受一定的荷重作用而伸长，其伸长过程分为三个阶段（见图2）：最初的弹性伸长（曲线ab），之后的缓慢伸长（曲线bc），最后到达粘性的均匀伸长（曲线cd）。图2玻璃丝伸长与时间的关系当玻璃的粘度不是很大时，前两个阶段经历的时