粘度對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝的影響

1、粘度測(cè)量對(duì)玻璃生產(chǎn)工藝的影響粘度是玻璃的重要性質(zhì)之一，它貫穿著玻璃生產(chǎn)的各個(gè)階段，從熔制、澄清、均化、成形、加工、直到退火都與粘度密切相關(guān)。在熔制過(guò)程中，石英顆粒的溶解、氣泡的排除、和各組分的擴(kuò)散都和粘度有關(guān)，在工業(yè)上，有時(shí)加入少量助溶劑降低熔制玻璃的粘度，以達(dá)到澄清和均化的目的，在成形和退火方面，粘度起著控制性作用，在成形過(guò)程中，不同的成形方法和成形速度要求不同的粘度和料性，例如在高速成形機(jī)的生產(chǎn)中，粘度必須控制在一定的范圍內(nèi)，而成形機(jī)的機(jī)速?zèng)Q定于粘度隨溫度的遞變速度；在退火過(guò)程中，玻璃的粘度和料性對(duì)制品內(nèi)應(yīng)力的消除速度都有重要作用，高粘度的玻璃具有較高的退火溫度，料性短的玻璃退火溫度一般較

2、窄，此外玻璃的析晶和一些機(jī)械性能也與粘度有關(guān)。影響玻璃粘度的主要因素是化學(xué)組成和溫度，在轉(zhuǎn)變區(qū)范圍內(nèi)，還有時(shí)間有關(guān)。玻璃的粘度隨溫度下降而增大。從玻璃液到固態(tài)玻璃的轉(zhuǎn)變，粘度是連續(xù)變化的，期間沒(méi)有數(shù)值上的突變，這一點(diǎn)不同于晶體，晶體加熱至熔化溫度時(shí)，粘度是突然變化的。不同的玻璃對(duì)應(yīng)于某一粘度值的溫度不同。在玻璃生產(chǎn)中許多工序（和性能）都可以用粘度作為控制和衡量的標(biāo)志。鑒于玻璃生產(chǎn)需要，一般把生產(chǎn)控制常用的粘度點(diǎn)同粘度-溫度曲線數(shù)值相近的點(diǎn)聯(lián)系起來(lái)，可以反映出玻璃生產(chǎn)工藝中各個(gè)特定階段的溫度值，如圖1示。圖1 硅酸鹽玻璃的粘度-溫度曲線（一）常用的粘度值參考點(diǎn) 應(yīng)變點(diǎn)：大致相當(dāng)于粘度為 1013

3、.6 Pas的溫度，即應(yīng)力能在幾小時(shí)內(nèi)消除的溫度，也稱退火下限溫度； 轉(zhuǎn)變點(diǎn)（Tg）：相當(dāng)于粘度為1012.4 Pas的溫度，高于此點(diǎn)玻璃進(jìn)入粘滯狀態(tài)，開(kāi)始出現(xiàn)塑性變形，力學(xué)性能開(kāi)始迅速變化； 退火點(diǎn)：大致相當(dāng)于粘度為1012Pas的溫度，即應(yīng)力能在幾分鐘內(nèi)消除的溫度，也稱退火上限溫度； 變形點(diǎn)：相當(dāng)于粘度為10101011 Pas的溫度范圍； 軟化溫度（Tf）：它與玻璃的密度和表面張力有關(guān)，相當(dāng)于粘度為31061.5107 Pas之間的溫度。密度約2.5g/cm3的玻璃相當(dāng)于粘度為106.6Pas的溫度，軟化溫度大致相應(yīng)于操作溫度的下限； 操作范圍：相當(dāng)于成形時(shí)玻璃液表面的溫度范圍。T上限指

4、準(zhǔn)備成形操作的溫度，相當(dāng)于粘度為102103 Pas的溫度。T下限指成形時(shí)能保持制品形狀的溫度，相當(dāng)于粘度大于105 Pas的溫度，操作范圍的粘度一般為103106.6 Pas； 熔化溫度：相當(dāng)于粘度為10 Pas的溫度，在此溫度下玻璃能以一般要求的速度熔化； 自動(dòng)供料機(jī)供料的粘度：102103 Pas； 人工挑料的粘度：102.2 Pas； 挑料人襯炭模的粘度：103.5 Pas； 脫模（襯炭模）的粘度：106 Pas。粘度在生產(chǎn)中的應(yīng)用在生產(chǎn)中，玻璃的熔化、澄清、均化、供料、成形、退火等工藝過(guò)程的溫度控制，一般都是以其對(duì)應(yīng)的粘度為依據(jù)制定的。因此掌握粘度的變化規(guī)律對(duì)控制生產(chǎn)、提高產(chǎn)品產(chǎn)量和

5、質(zhì)量是有利的。1、玻璃的熔制玻璃熔制溫度范圍所對(duì)應(yīng)的粘度一般為100.710 Pas（如鈉鈣硅玻璃相當(dāng)于14511566）。經(jīng)驗(yàn)證明，在該粘度的溫度下，玻璃能較快熔化。在玻璃熔制過(guò)程中，石英顆粒是最后進(jìn)入玻璃熔體的物質(zhì)，其溶解、擴(kuò)散關(guān)系到整個(gè)熔制過(guò)程的速度。隨之而來(lái)的澄清、均化等過(guò)程都與玻璃的粘度有關(guān)。例如在澄清過(guò)程中、氣泡的上升速度和粘度成反比，因此生產(chǎn)中常通過(guò)升高溫度或引入少量助熔劑來(lái)降低粘度，達(dá)到加速玻璃澄清和均化的目的。玻璃成形根據(jù)玻璃制品的形狀不同，玻璃一般采用吹、壓、拉、軋（或這些方法的組合）等進(jìn)行成形。在成形過(guò)程中粘度具有重要的作用，往往是控制因素。玻璃成形開(kāi)始和終了所需的粘度與

6、成形方法、玻璃顏色、制品的形狀和重量等許多因素有關(guān)，這些因素在成形過(guò)程中對(duì)成形速度具有決定性作用。通常成形開(kāi)始粘度為101.5103Pas，終了的粘度為105107 Pas。在機(jī)械成形時(shí)還必須考慮以下因素： 粘度為102 Pas與106 Pas的溫度差（T上限T下限）。此溫度差大則料性長(zhǎng)，成形時(shí)機(jī)速相對(duì)較慢；此溫度差小則料性短，機(jī)速較快。 成形溫度范圍內(nèi)的散熱速度。散熱速度快則機(jī)速可適當(dāng)加快。 玻璃液相溫度的粘度與成形開(kāi)始溫度與液相溫度之差。液相溫度下粘度大則成形析晶傾向小，同樣成形開(kāi)始溫度與液相溫度之差小，則成形時(shí)可迅速越過(guò)析晶區(qū)，析晶傾向減小。除粘度外，玻璃成形還與玻璃的熱傳導(dǎo)、表面張力、

7、比熱容、密度和熱膨脹等因素有關(guān)。玻璃退火玻璃中的應(yīng)力消除一般是通過(guò)粘滯流動(dòng)和彈性松弛來(lái)消除的。在粘度為1011.51013 Pas的溫度范圍內(nèi)，主要通過(guò)粘滯流動(dòng)來(lái)消除應(yīng)力，應(yīng)力消除的速度與粘度成反比，與應(yīng)力大小成正比。1012 Pas的粘度可作為退火過(guò)程的參考點(diǎn)，當(dāng)溫度較低（粘度低于1013 Pas的溫度，特別是低于粘度為1014 Pas的溫度）時(shí)有相當(dāng)一部分應(yīng)力是通過(guò)彈性松弛來(lái)消除的，這時(shí)應(yīng)力的消除與粘度無(wú)關(guān)（僅與應(yīng)力大小有關(guān)）。典型的鈉鈣硅玻璃在粘度為10111013 Pas的溫度為583至539，這是工業(yè)生產(chǎn)中常用的退火溫度。除粘度外，應(yīng)力的消除還取決于玻璃的滯后彈性、熱傳遞和熱膨脹等。

8、此外，在玻璃制品熱處理，如顯色、分相、微晶化、燒結(jié)和鋼化等過(guò)程中溫度制度的制定，粘度同樣是一個(gè)重要的考慮因素。（三）粘度的計(jì)算與測(cè)量1、粘度的計(jì)算在實(shí)際工作中，需要根據(jù)組成對(duì)玻璃的粘度進(jìn)行近似計(jì)算，主要有三種方法：奧霍琴法此法適用于含有MgO、Al2O3的鈉鈣硅系統(tǒng)玻璃，當(dāng)Na2O為12%16%、（CaO + MgO）為5%12%、Al2O3為05%，SiO2為64%80%時(shí)，可應(yīng)用式（1）計(jì)算 T=Ax+By+Cz+D （1）式中 T該粘度值對(duì)應(yīng)的溫度； x，y，zNa2O、（CaO+MgO 3%）、Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)； A，B，C，DNa2O、（CaO+MgO 3%）、Al2O3、SiO

9、2的特性常數(shù)，隨粘度值而變化，可通過(guò)查表獲得。如果玻璃成分中MgO含量不等于3%，必須加以校正。富爾切爾（Fulcher）法此法適用于實(shí)用工業(yè)玻璃。其成分以相對(duì)于SiO2為1.00 mol來(lái)表示，即以氧化物的物質(zhì)的量/SiO2的物質(zhì)的量表示。計(jì)算系統(tǒng)適用玻璃的成分范圍為SiO2 1.00 mol，Na2O 0.150.20 mol，CaO 0.120.20 mol，MgO 0.000.051 mol，Al2O3 0.00150.073 mol。此時(shí)粘度溫度關(guān)系式為：式中的 A、B、T0 可由下式求出A=1.4788 Na2O+0.8350 K2O+1.6030 CaO+5.4936 MgO1.

10、5183 Al2O3+1.4550B=6039.7 Na2O1439.6 K2O3919.3 CaO+6285.3 MgO+2253.4 Al2O3+5736.4T025.07 Na2O321.0 K2O544.3 CaO384.0 MgO294.4 Al2O3198.1（3）博-潔涅爾（Bo-Tepnep）法此法適用于瓶罐和器皿玻璃組成的調(diào)整。此法不能直接應(yīng)用于計(jì)算一定溫度下的粘度值，應(yīng)用此法，必須先知道接近待計(jì)算玻璃組成在一定溫度下的粘度值。粘度的測(cè)定由于玻璃組成、溫度不同，各種玻璃的粘度值范圍很廣（11015Pas），因此不可能用一種方法把整個(gè)范圍的粘度都測(cè)定出來(lái)，需要分段測(cè)定。旋轉(zhuǎn)法本

11、法能測(cè)定玻璃熔化、澄清、成形等溫度范圍內(nèi)的粘度，測(cè)定范圍為1107Pas。此法是將玻璃熔體充滿在共軸的旋轉(zhuǎn)體與坩堝之間，給旋轉(zhuǎn)體和坩堝以不同的角速度，則旋轉(zhuǎn)體和坩堝因玻璃熔體的粘滯阻力而產(chǎn)生扭力矩。通過(guò)扭矩測(cè)量裝置測(cè)出扭力矩，即可獲得玻璃熔體的粘度。假定承載玻璃熔體的坩堝不動(dòng)，而使旋轉(zhuǎn)體以一定的角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，根據(jù)式（3）計(jì)算玻璃熔體的粘度式中 K儀器常數(shù)，是由坩堝、旋轉(zhuǎn)體的形狀及其設(shè)定位置等所確定的常數(shù)；M扭力矩；w角速度。此法設(shè)備復(fù)雜，但測(cè)定范圍廣，且易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，縮短測(cè)定時(shí)間，操作簡(jiǎn)單，準(zhǔn)確度和精確度高。落球法此法能測(cè)定玻璃熔化、澄清、成形開(kāi)始等溫度范圍內(nèi)的粘度，測(cè)定范圍為1103Pas。

12、此法的測(cè)定原理是根據(jù)斯托克斯定律，即球在一個(gè)無(wú)邊界的廣闊的液體中等速運(yùn)動(dòng)時(shí)，液體的粘度可按下式計(jì)算式中 粘度，Pas；g重力加速度，m/s2；r球半徑，m； 球的密度，g/m3；玻璃液密度，g/m3； V球的運(yùn)動(dòng)速度，m/s。斯托克斯定律只是當(dāng)球體在一無(wú)限范圍的液體中運(yùn)動(dòng)才是正確的，在實(shí)際測(cè)量中，必須考慮有限的邊界條件，即坩堝臂和底帶來(lái)的影響，因此，實(shí)際使用時(shí)，引入儀器常數(shù)K加以修正。此法的特點(diǎn)是：設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，準(zhǔn)確度較高，但操作不方便，粘度值測(cè)定范圍較窄。壓入法此法測(cè)定玻璃的粘度范圍為1071012Pas。此法是在平板試樣上，用加有一定負(fù)荷的針狀、球狀或棒狀的壓頭壓入，從壓頭壓入的

13、速度求粘度的方法，粘度可由下式算出。式中 P負(fù)荷；l壓頭壓入深度；t從l=0l所需的時(shí)間； R球的半徑。拉絲法本法測(cè)定的粘度范圍為1071014Pas，為低溫粘度。該法是用一定長(zhǎng)度和直徑的無(wú)缺陷的玻璃絲，在直立的管狀電爐中受一定的荷重作用而伸長(zhǎng)，其伸長(zhǎng)過(guò)程分為三個(gè)階段（見(jiàn)圖2）：最初的彈性伸長(zhǎng)（曲線ab），之后的緩慢伸長(zhǎng)（曲線bc），最后到達(dá)粘性的均勻伸長(zhǎng)（曲線cd）。圖2 玻璃絲伸長(zhǎng)與時(shí)間的關(guān)系當(dāng)玻璃的粘度不是很大時(shí)，前兩個(gè)階段經(jīng)歷的時(shí)間很短，故可利用最后這一階段的伸長(zhǎng)速率按照下式計(jì)算粘度式中 粘度，Pas；g重力加速度，m/s2,；l玻璃絲長(zhǎng)度，m； p所加負(fù)荷，kg；r玻璃絲半徑，m；l

14、/t玻璃絲伸長(zhǎng) 速率，m/s。附錄資料：不需要的可以自行刪除閃光對(duì)焊工藝評(píng)定記錄工程名 xxxx試件用部位崗前焊接工藝試驗(yàn)試件編號(hào)HXJ/2017-20851操作人接頭形式/接頭類型閃光對(duì)焊鋼筋規(guī)格HRB400E 14設(shè)備型號(hào)UN-100對(duì)焊機(jī)設(shè)備電壓380V設(shè)備功率U20-3.8-7.6V鋼筋母材爐批號(hào)Y-7032494鋼筋母材復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)HXH/GL2017-03292焊劑/檢查依據(jù)JGJ18-2012一般項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程的規(guī)定試件外觀描述結(jié)果1.對(duì)焊接頭表面應(yīng)呈圓滑、帶毛刺狀，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。滿足要求合格2.鋼筋與電極接觸處不得有明顯燒傷無(wú)明顯燒傷合格3、接頭處的彎折大于2滿足要求

15、合格4、軸線偏移不得大于筋直徑的1/10，且不得大于1mm滿足要求合格力學(xué)性能鋼筋編號(hào)123結(jié)果1.接頭試件拉伸試驗(yàn)625630640合格2.接頭彎曲試驗(yàn)90度未破裂90度未破裂90 度未破裂合格試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)： HXJ/GH2017-06113 ,本試驗(yàn)結(jié)果 合格 。評(píng)定意見(jiàn)結(jié)論： 1、本評(píng)定按JGJ18-2012規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備、施工和試驗(yàn)； 2、確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確，評(píng)定結(jié)果 合格 。閃光對(duì)焊工藝評(píng)定記錄工程名稱：試件用部位崗前焊接工藝試驗(yàn)試件編號(hào)HXJ/2017-20851操作人王福軍接頭形式/接頭類型閃光對(duì)焊鋼筋規(guī)格HRB400E 16設(shè)備型號(hào)UN-100對(duì)焊機(jī)設(shè)備電壓380V設(shè)備功率

16、U20-3.8-7.6V鋼筋母材爐批號(hào)B17687鋼筋母材復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)HXH/GL2017-03107焊劑/檢查依據(jù)JGJ18-2012一般項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程的規(guī)定試件外觀描述結(jié)果1.對(duì)焊接頭表面應(yīng)呈圓滑、帶毛刺狀，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。滿足要求合格2.鋼筋與電極接觸處不得有明顯燒傷無(wú)明顯燒傷合格3、接頭處的彎折大于2滿足要求合格4、軸線偏移不得大于筋直徑的1/10，且不得大于1mm滿足要求合格力學(xué)性能鋼筋編號(hào)123結(jié)果1.接頭試件拉伸試驗(yàn)595590615合格2.接頭彎曲試驗(yàn)90度未破裂90度未破裂90 度未破裂合格試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)： HXJ/GH2017-06082 ,本試驗(yàn)結(jié)果 合格

17、。評(píng)定意見(jiàn)結(jié)論： 1、本評(píng)定按JGJ18-2012規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備、施工和試驗(yàn)； 2、確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確，評(píng)定結(jié)果 合格 。閃光對(duì)焊工藝評(píng)定記錄工程名稱：試件用部位崗前焊接工藝試驗(yàn)試件編號(hào)HXJ/2017-20851操作人王福軍接頭形式/接頭類型閃光對(duì)焊鋼筋規(guī)格HRB400E 18設(shè)備型號(hào)UN-100對(duì)焊機(jī)設(shè)備電壓380V設(shè)備功率U20-3.8-7.6V鋼筋母材爐批號(hào)172020鋼筋母材復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)HXJ/GL2017-03111焊劑/檢查依據(jù)JGJ18-2012一般項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程的規(guī)定試件外觀描述結(jié)果1.對(duì)焊接頭表面應(yīng)呈圓滑、帶毛刺狀，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。滿足要求合格2.鋼筋與電極接觸處不得有

18、明顯燒傷無(wú)明顯燒傷合格3、接頭處的彎折大于2滿足要求合格4、軸線偏移不得大于筋直徑的1/10，且不得大于1mm滿足要求合格力學(xué)性能鋼筋編號(hào)123結(jié)果1.接頭試件拉伸試驗(yàn)605585585合格2.接頭彎曲試驗(yàn)90度未破裂90度未破裂90 度未破裂合格試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)報(bào)告編號(hào)： HXJ/GH2017-06083 ,本試驗(yàn)結(jié)果 合格 。評(píng)定意見(jiàn)結(jié)論： 1、本評(píng)定按JGJ18-2012規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備、施工和試驗(yàn)； 2、確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確，評(píng)定結(jié)果 合格 。閃光對(duì)焊工藝評(píng)定記錄工程名稱：試件用部位崗前焊接工藝試驗(yàn)試件編號(hào)HXJ/2017-20851操作人王福軍接頭形式/接頭類型閃光對(duì)焊鋼筋規(guī)格HRB400E 2

19、0設(shè)備型號(hào)UN-100對(duì)焊機(jī)設(shè)備電壓380V設(shè)備功率U20-3.8-7.6V鋼筋母材爐批號(hào) TA17-06072鋼筋母材復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)HXJ/GL2017-03297 焊劑/檢查依據(jù)JGJ18-2012一般項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程的規(guī)定試件外觀描述結(jié)果1.對(duì)焊接頭表面應(yīng)呈圓滑、帶毛刺狀，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。滿足要求合格2.鋼筋與電極接觸處不得有明顯燒傷無(wú)明顯燒傷合格3、接頭處的彎折大于2滿足要求合格4、軸線偏移不得大于筋直徑的1/10，且不得大于1mm滿足要求合格力學(xué)性能鋼筋編號(hào)123結(jié)果1.接頭試件拉伸試驗(yàn)600 605610 合格2.接頭彎曲試驗(yàn)90度未破裂90度未破裂90 度未破裂合格試驗(yàn)結(jié)果試

20、驗(yàn)報(bào)告編號(hào)： HXJ/GH2017-06084 ,本試驗(yàn)結(jié)果 合格 。評(píng)定意見(jiàn)結(jié)論： 1、本評(píng)定按JGJ18-2012規(guī)定進(jìn)行準(zhǔn)備、施工和試驗(yàn)； 2、確認(rèn)試驗(yàn)記錄正確，評(píng)定結(jié)果 合格 。閃光對(duì)焊工藝評(píng)定記錄工程名稱：試件用部位崗前焊接工藝試驗(yàn)試件編號(hào)HXJ/2017-20851操作人王福軍接頭形式/接頭類型閃光對(duì)焊鋼筋規(guī)格HRB400E 22設(shè)備型號(hào)UN-100對(duì)焊機(jī)設(shè)備電壓380V設(shè)備功率U20-3.8-7.6V鋼筋母材爐批號(hào)704-1403 鋼筋母材復(fù)驗(yàn)報(bào)告編號(hào)HXJ/GL2017-03298焊劑/檢查依據(jù)JGJ18-2012一般項(xiàng)目質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)程的規(guī)定試件外觀描述結(jié)果1.對(duì)焊接頭表面應(yīng)呈圓滑、帶毛刺狀，不得有肉眼可見(jiàn)的裂紋。滿足要求合格2.鋼筋與電極接觸處不得有明顯燒傷無(wú)明顯燒傷合格3、接頭處