Žarenje stakla

Sila međudjelovanja na jedinični presjek unutar tvari naziva se unutarnjim naprezanjem. Unutarnje naprezanje stakla može se podijeliti u tri kategorije prema različitim uzrocima njegovog stvaranja.
(1) Toplinsko naprezanje u staklu Naprezanje koje nastaje u staklu zbog temperaturne razlike naziva se toplinsko naprezanje. Prema svojstvima postojanja dijeli se na privremeni stres i trajni stres.
1 Privremeno naprezanje Toplinsko naprezanje koje nastaje kada staklo u temperaturnom području elastične deformacije s temperaturom nižom od točke deformacije podliježe nejednakim promjenama temperature tijekom zagrijavanja ili hlađenja naziva se privremenim naprezanjem. Ovo naprezanje postoji postojanjem temperaturnog gradijenta i nestaje nestankom temperaturnog gradijenta.
2 Trajno naprezanje Toplinsko naprezanje koje ostaje u staklu nakon što nestane temperaturni gradijent između unutarnjeg i vanjskog sloja stakla naziva se trajno naprezanje. Stvaranje trajnog naprezanja u staklu rezultat je popuštanja naprezanja unutar raspona temperature deformacije. Kako bi se smanjilo stvaranje trajnog naprezanja, odgovarajuću temperaturu žarenja i brzinu hlađenja treba odabrati prema kemijskom sastavu stakla i debljini proizvoda tako da vrijednost zaostalog naprezanja bude unutar dopuštenog raspona.
(2) Strukturno naprezanje u staklu Naprezanje koje nastaje u staklu zbog strukturnih nejednakosti uzrokovanih nejednakim kemijskim sastavom naziva se strukturno naprezanje. Strukturno naprezanje je trajno naprezanje. Na primjer, tijekom procesa taljenja stakla, zbog loše homogenizacije taljenja, nastaju defekti kao što su pruge i kamenčići. Kemijski sastav ovih nedostataka razlikuje se od sastava glavnog stakla, a različiti su im i koeficijenti širenja. Nakon što temperatura dosegne sobnu temperaturu, susjedni dijelovi s različitim koeficijentima rastezanja različito se skupljaju, uzrokujući naprezanje u staklu. Ovo naprezanje uzrokovano inherentnom strukturom stakla ne može se eliminirati žarenjem.
(3) Mehaničko naprezanje stakla Mehaničko naprezanje odnosi se na naprezanje uzrokovano vanjskom silom koja djeluje na staklo. To je privremeni stres. Nestaje kad nestane vanjske sile.

Žarenje stakla je postupak toplinske obrade kojim se smanjuje ili eliminira trajno naprezanje koje nastaje u staklu tijekom procesa kalupljenja ili toplinske obrade i poboljšava učinkovitost stakla.
Prema uzroku nastanka naprezanja u staklu, žarenje stakla se u osnovi sastoji od dva procesa: smanjivanja i uklanjanja naprezanja; sprječavanje stvaranja novog stresa. Staklo nema fiksnu talište. Hladi se od visoke temperature i pretvara iz tekućeg u krti čvrsti materijal. Ovaj temperaturni raspon naziva se temperaturni raspon prijelaza. Gornja granična temperatura je temperatura omekšavanja, a donja granična temperatura je prijelazna temperatura. U rasponu temperature prijelaza, čestice u staklu se još uvijek mogu kretati, to jest, na određenoj temperaturi blizu temperature prijelaza, očuvanje topline i izjednačavanje mogu eliminirati toplinski stres u staklu. Budući da je staklo u ovom trenutku viskoelastično tijelo, iako se napetost može popustiti, to neće promijeniti izgled proizvoda.

(1) Temperatura žarenja i temperaturni raspon žarenja stakla Kako bi se eliminirao stalni stres u staklu, staklo se mora zagrijati na određenu temperaturu ispod temperature staklastog prijelaza Tg radi očuvanja topline i izjednačavanja kako bi se eliminirao temperaturni gradijent svakog dijela stakla i opustite stres. Ova temperatura očuvanja topline i izjednačavanja naziva se temperatura žarenja. Najviša temperatura žarenja stakla odnosi se na temperaturu pri kojoj se 95% naprezanja može ukloniti nakon 3 minute, što je ekvivalentno točki žarenja (n-1012Pa·s), koja se naziva i gornja temperatura žarenja ; najniža temperatura žarenja odnosi se na temperaturu pri kojoj se samo 5% naprezanja može eliminirati nakon 3 minute. Također se naziva niža temperatura žarenja. Temperaturno područje od najviše temperature žarenja do najniže temperature žarenja naziva se temperaturno područje žarenja. Raspon temperature žarenja općenito je 50 ~ 150 stupnjeva. Najviša temperatura žarenja stakla za boce je 550~600o stupnjeva. U stvarnoj proizvodnji, temperatura žarenja koja se općenito koristi je 20~30 stupnjeva niža od najviše temperature žarenja. Najniža temperatura žarenja je 50~150 stupnjeva niža od najviše temperature žarenja. Temperatura žarenja stakla povezana je s njegovim kemijskim sastavom. Svaki sastav koji može smanjiti viskoznost stakla također može smanjiti temperaturu žarenja.

(2) Proces žarenja stakla Proces žarenja staklenih proizvoda uključuje četiri faze: zagrijavanje, očuvanje topline, sporo hlađenje i brzo hlađenje. Prema brzinama grijanja i hlađenja, temperaturi očuvanja topline i vremenu svakog stupnja, može se nacrtati krivulja odnosa između temperature i vremena. Slika 2-35 je krivulja žarenja.
Prva faza je faza zagrijavanja. Glavni zadatak je zagrijavanje proizvoda do temperature žarenja. Kada se stakleni proizvod oblikuje i šalje u peć za žarenje, zbog pada temperature samog proizvoda tijekom operacije oblikovanja i procesa transporta, temperatura proizvoda općenito je niža od temperature žarenja stakla pri ulasku u peć za žarenje , posebno za neke proizvode tankih stijenki. Stoga, kada proizvod ulazi u peć za žarenje, proizvod se mora zagrijati na temperaturu žarenja koja je unaprijed određena.

Kada se staklo zagrijava, njegov površinski sloj je izložen tlačnom naprezanju, a unutarnji sloj je izložen vlačnom naprezanju. Budući da je tlačna čvrstoća stakla oko 10 puta veća od njegove vlačne čvrstoće, brzina zagrijavanja može biti odgovarajuća veća. Međutim, zbroj privremenog naprezanja generiranog temperaturnim gradijentom i inherentnog trajnog naprezanja tijekom procesa zagrijavanja ne može biti veći od njegove granice vlačne čvrstoće, inače će se slomiti. U stvarnoj proizvodnji čimbenici kao što su ujednačenost debljine staklenih proizvoda, veličina i oblik proizvoda i ujednačenost raspodjele temperature u peći za žarenje utjecat će na zagrijavanje i brzinu zagrijavanja.
Žarenje neposredno nakon formiranja proizvoda naziva se primarnim žarenjem, a žarenje nakon hlađenja proizvoda naziva se sekundarnim žarenjem. Proizvodnja proizvoda od stakla za boce i limenke uvijek usvaja metodu primarnog žarenja ulaskom u peć za žarenje odmah nakon oblikovanja. Za neke proizvode složenih oblika, nejednake debljine stjenke ili debljine dna boce veće od 8 mm, strogo je zabranjeno koristiti jednokratnu peć za žarenje za sekundarno žarenje. Ako je potrebno ponovno žarenje, za žarenje se mora odabrati sekundarna peć za žarenje, inače će stakleni proizvodi prsnuti. Na primjer, proizvodi s površinskim naljepnicama pripadaju sekundarnom žarenju, a peć za pečenje koristi se za žarenje proizvoda za sekundarno žarenje. Za neke proizvode koji se moraju obraditi sušenjem, ako je naprezanje preveliko nakon sušenja, također je potrebno sekundarno žarenje kako bi se uklonilo naprezanje.
Druga faza je faza izolacije, čija je glavna svrha eliminirati temperaturni gradijent koji nastaje brzim zagrijavanjem i eliminirati inherentno unutarnje naprezanje u proizvodu. Neka temperaturna razlika između temperature površine i unutarnjeg sloja proizvoda nestane. U ovoj fazi prvo se mora odrediti temperatura žarenja, a zatim vrijeme izolacije. Općenito, temperatura žarenja je 20~30 stupnjeva niža od gornje granice temperature žarenja. Osim izravnog mjerenja, temperatura pri kojoj je viskoznost 1012Pa·s može se izračunati i na temelju sastava stakla. Kada se odredi temperatura žarenja, vrijeme izolacije može se izračunati prema 70a2~120a2, ili prema dopuštenoj vrijednosti naprezanja.
Općenito, za proizvode s debelim stijenkama, vrijeme temperature treba biti duže, tako da se naprezanje u proizvodu može potpuno opustiti, inače će u proizvodu ostati veliko unutarnje naprezanje. Za proizvode s tankim stijenkama vrijeme izolacije može biti odgovarajuće kraće.
Treća faza je faza sporog hlađenja proizvoda u peći za žarenje. Nakon određenog razdoblja očuvanja topline na temperaturi žarenja, izvorni stres proizvoda je eliminiran. Kako bi se spriječilo stvaranje trajnog naprezanja nakon hlađenja ili smanjilo na raspon naprezanja koji zahtijeva proizvod, potrebno je sporo hlađenje nakon izjednačavanja kako bi se spriječilo stvaranje trajnog naprezanja.
Četvrta faza je faza brzog hlađenja stakla. Početna temperatura brzog hlađenja mora biti niža od točke deformacije stakla, jer je struktura stakla potpuno fiksirana ispod točke deformacije. Iako se temperaturni gradijent generira u ovom trenutku, neće se generirati trajno naprezanje. U fazi brzog hlađenja može se stvoriti samo privremeni stres. Pod pretpostavkom da se stakleni proizvodi ne slome zbog privremenog stresa, oni se mogu ohladiti što je brže moguće.
U stvarnoj proizvodnji koristi se niža brzina hlađenja. Za opće staklo uzima se 15%~20% ove vrijednosti, a za optičko staklo manje od 5%.
Ukupno vrijeme žarenja staklenih proizvoda je zbroj vremena zagrijavanja, očuvanja topline, sporog i brzog hlađenja. Brzina žarenja svake faze mora biti ograničena na dopuštenu vrijednost naprezanja koju proizvod može izdržati. Najprije izračunajte najprikladniju krivulju žarenja i obično je prilagodite u proizvodnoj praksi. Za staklenu bocu! Sustav žarenja prikazan je u tablici 2-34.

(3) Pitanja koja treba imati na umu prilikom formuliranja sustava žarenja Temperatura žarenja stakla za boce trebala bi se postaviti prema veličini proizvoda, težini, sastavu stakla, temperaturi peći proizvoda i strukturnim karakteristikama svake peći za žarenje. Istodobno, treba uzeti u obzir i sljedeće točke.
① Utjecaj temperaturne razlike u peći za žarenje Unatoč mnogim tehničkim mjerama, raspodjela temperature u poprečnom presjeku peći za žarenje još uvijek je neravnomjerna, što čini temperaturu proizvoda neravnomjernom. Stoga, kada se formulira sustav žarenja, vrijeme izolacije treba biti odgovarajuće produljeno, a spora brzina hlađenja treba biti niža od brzine hlađenja koja odgovara stvarnoj dopuštenoj trajnoj vrijednosti naprezanja, općenito se za izračun uzima polovica dopuštene vrijednosti naprezanja. Određivanje brzine zagrijavanja i brzine brzog hlađenja također treba uzeti u obzir utjecaj temperaturne razlike u peći za žarenje.
Kada proizvod ne treba hladno raspršivanje, razmak boca u lancu peći za žarenje trebao bi biti što manji bez utjecaja na ciklus topline i ciklus topline vjetra u peći. Općenito, prikladno je 15~20 mm. Osim toga, treba uzeti u obzir visinu i oblik boce. Ako je boca viša, može se uzeti gornja granica udaljenosti, a ako je boca kraća, može se uzeti donja granica. Kada je proizvodu potrebno hladno raspršivanje, udaljenost boce treba se temeljiti na hladnom kraju raspršivanja koji može ravnomjerno raspršiti tijelo boce.
③ Problemi žarenja proizvoda debelih stijenki i složenih oblika Temperaturna razlika između unutarnjeg i vanjskog sloja proizvoda debelih stijenki je velika. Stoga, unutar temperaturnog raspona žarenja, vrijeme izolacije proizvoda debelih stijenki treba produljiti na odgovarajući način kako bi temperatura unutarnjeg i vanjskog sloja proizvoda mogla biti dosljedna, ali brzina hlađenja također mora biti usporena u skladu s tim, a ukupno vrijeme žarenja treba produžiti. Treba napomenuti da produljenje vremena izolacije proizvoda debelih stijenki nije proporcionalno debljini proizvoda. To je zato što je opterećenje veće nakon povećanja debljine. Ako se proizvodi duže vrijeme drže na višoj temperaturi, lako se deformiraju. Proizvodi složenih oblika skloni su koncentraciji naprezanja. Stoga bi trebali koristiti relativno nisku temperaturu izolacije poput proizvoda s debelim stijenkama, a vrijeme izolacije trebalo bi odgovarajuće produžiti. I stope grijanja i hlađenja trebaju biti spore.
④ Problemi žarenja različitih vrsta proizvoda u istoj peći Kada se proizvodi s istim kemijskim sastavom i različitim debljinama žare u istoj peći za žarenje, temperaturu žarenja treba odrediti prema proizvodu s najmanjom debljinom stijenke kako bi se izbjegla deformacija tanke stijenke proizvoda. Međutim, vrijeme izolacije treba biti odgovarajuće produljeno, a brzine zagrijavanja i hlađenja treba odrediti prema proizvodu s najvećom debljinom stijenke kako bi se osiguralo da se proizvodi s debelim stijenkama neće slomiti zbog toplinskog naprezanja.
Kada se proizvodi različitog kemijskog sastava žare u istoj peći za žarenje, stakleni proizvod s najnižom temperaturom žarenja treba odabrati kao temperaturu izolacije. Istodobno, vrijeme izolacije treba produljiti tako da proizvodi s različitim temperaturama žarenja mogu postići dobro žarenje.
⑤ Utjecaj inherentnog naprezanja proizvoda Kod brzog zagrijavanja, osim izračunavanja privremenog naprezanja prema temperaturnoj razlici, također treba procijeniti utjecaj inherentnog naprezanja.