Stresul în sticlă
Forța de interacțiune asupra unei secțiuni transversale unitare în interiorul unei substanțe se numește stres intern. Stresul intern al sticlei poate fi împărțit în trei categorii în funcție de diferitele cauze ale generării sale.
(1) Stresul termic în sticlă Stresul generat în sticlă din cauza diferenței de temperatură se numește stres termic. După caracteristicile sale de existență, se împarte în stres temporar și stres permanent.
1 Tensiune temporară Tensiunea termică generată atunci când sticla în intervalul de temperatură de deformare elastică cu o temperatură mai mică decât punctul de deformare suferă modificări neuniforme de temperatură în timpul încălzirii sau răcirii se numește stres temporar. Acest stres există odată cu existența gradientului de temperatură și dispare odată cu dispariția gradientului de temperatură.
2 Tensiune permanentă Tensiunea termică care rămâne în sticlă după ce dispare gradientul de temperatură dintre straturile interior și exterior ale sticlei se numește stres permanent. Generarea de stres permanent în sticlă este rezultatul relaxării stresului în intervalul de temperatură de deformare. Pentru a reduce generarea tensiunii permanente, temperatura de recoacere și viteza de răcire corespunzătoare trebuie selectate în funcție de compoziția chimică a sticlei și de grosimea produsului, astfel încât valoarea tensiunii reziduale să fie în intervalul permis.
(2) Tensiunea structurală în sticlă Tensiunea generată în sticlă din cauza denivelărilor structurale cauzate de compoziția chimică neuniformă se numește stres structural. Stresul structural este un stres permanent. De exemplu, în timpul procesului de topire a sticlei, din cauza omogenizării slabe la topire, se generează defecte precum dungi și pietre. Compoziția chimică a acestor defecte este diferită de cea a sticlei principale, iar coeficienții lor de dilatare sunt, de asemenea, diferiți. După ce temperatura atinge temperatura camerei, piesele adiacente cu coeficienți de dilatare diferiți se micșorează diferit, provocând stres în sticlă. Acest stres cauzat de structura inerentă a sticlei nu poate fi eliminat prin recoacere.
(3) Tensiunea mecanică a sticlei Tensiunea mecanică se referă la solicitarea cauzată de forța externă care acționează asupra sticlei. Este un stres temporar. Dispare când forța externă dispare.
Eliminarea stresului din sticlă
Recoacerea sticlei este un proces de tratament termic pentru a reduce sau elimina stresul permanent generat în sticlă în timpul procesului de turnare sau procesare termică și pentru a îmbunătăți performanța sticlei.
În funcție de cauza formării tensiunii în sticlă, recoacerea sticlei este compusă în esență din două procese: reducerea și eliminarea tensiunii; prevenirea generării de noi stres. Sticla nu are un punct de topire fix. Se răcește de la temperatură ridicată și se transformă din lichid în material solid fragil. Acest interval de temperatură se numește interval de temperatură de tranziție. Temperatura limită superioară este temperatura de înmuiere, iar temperatura limită inferioară este temperatura de tranziție. În intervalul de temperatură de tranziție, particulele din sticlă se pot mișca în continuare, adică la o anumită temperatură aproape de temperatura de tranziție, conservarea și egalizarea căldurii pot elimina stresul termic din sticlă. Deoarece sticla este un corp vâscoelastic în acest moment, deși stresul poate fi relaxat, nu va schimba aspectul produsului.
(1) Temperatura de recoacere și intervalul de temperatură de recoacere a sticlei Pentru a elimina stresul permanent din sticlă, sticla trebuie încălzită la o anumită temperatură sub temperatura de tranziție vitroasă Tg pentru conservarea și egalizarea căldurii pentru a elimina gradientul de temperatură al fiecărei piese. a paharului și relaxați stresul. Această temperatură de conservare și egalizare a căldurii se numește temperatură de recoacere. Cea mai mare temperatură de recoacere a sticlei se referă la temperatura la care 95% din solicitarea poate fi eliminată după 3 minute, ceea ce este echivalent cu punctul de recoacere (n-1012Pa·s), numit și temperatura superioară de recoacere. ; cea mai scăzută temperatură de recoacere se referă la temperatura la care doar 5% din solicitarea poate fi eliminată după 3 minute. Se mai numește și temperatură de recoacere inferioară. Intervalul de temperatură de la cea mai mare temperatură de recoacere la cea mai scăzută temperatură de recoacere se numește interval de temperatură de recoacere. Intervalul de temperatură de recoacere este în general de 50 ~ 150 de grade. Cea mai mare temperatură de recoacere a sticlei sticlei este de 550 ~ 600o grade. În producția reală, temperatura de recoacere utilizată în general este cu 20 ~ 30 de grade mai mică decât cea mai mare temperatură de recoacere. Temperatura cea mai scăzută de recoacere este cu 50 ~ 150 de grade mai mică decât cea mai mare temperatură de recoacere. Temperatura de recoacere a sticlei este legată de compoziția sa chimică. Orice compoziție care poate reduce vâscozitatea sticlei poate reduce și temperatura de recoacere.
(2) Procesul de recoacere a sticlei Procesul de recoacere a produselor din sticlă include patru etape: încălzire, conservare a căldurii, răcire lentă și răcire rapidă. În funcție de vitezele de încălzire și răcire, temperatura de conservare a căldurii și timpul fiecărei etape, se poate trasa o curbă a relației dintre temperatură și timp. Figura 2-35 este curba de recoacere.
Prima etapă este etapa de încălzire. Sarcina principală este încălzirea produsului la temperatura de recoacere. Când produsul din sticlă este format și trimis la cuptorul de recoacere, din cauza scăderii temperaturii produsului însuși în timpul operațiunii de formare și procesului de transport, temperatura produsului este în general mai mică decât temperatura de recoacere a sticlei la intrarea în cuptorul de recoacere. , în special pentru unele produse cu pereți subțiri. Prin urmare, atunci când produsul intră în cuptorul de recoacere, produsul trebuie încălzit la temperatura de recoacere determinată în prealabil.
Când sticla este încălzită, stratul său de suprafață este supus la compresiune, iar stratul său interior este supus la tracțiune. Deoarece rezistența la compresiune a sticlei este de aproximativ 10 ori rezistența sa la tracțiune, viteza de încălzire poate fi în mod corespunzător mai mare. Cu toate acestea, suma tensiunii temporare generate de gradientul de temperatură și a tensiunii permanente inerente în timpul procesului de încălzire nu poate fi mai mare decât limita de rezistență la tracțiune, altfel se va rupe. În producția efectivă, factori precum uniformitatea grosimii produselor din sticlă, dimensiunea și forma produselor și uniformitatea distribuției temperaturii în cuptorul de recoacere vor afecta viteza de încălzire și încălzire.
Recoacerea imediat după formarea produsului se numește recoacere primară, iar recoacerea după răcirea produsului se numește recoacere secundară. Producția de produse din sticlă pentru sticle și conserve adoptă întotdeauna metoda de recoacere primară de intrare în cuptorul de recoacere imediat după formare. Pentru unele produse cu forme complexe, grosime neuniformă a peretelui sau grosime a fundului sticlei care depășește 8 mm, este strict interzisă utilizarea unui cuptor de recoacere unică pentru recoacere secundară. Dacă este necesară recoacere, trebuie selectat un cuptor de recoacere secundar pentru recoacere, altfel produsele din sticlă vor sparge. De exemplu, produsele de decalare a suprafeței aparțin recoacerii secundare, iar cuptorul de coacere este utilizat pentru recoacerea produsului pentru recoacere secundară. Pentru unele produse care trebuie prelucrate prin uscare, dacă stresul este prea mare după uscare, este necesară și recoacere secundară pentru a elimina stresul.
A doua etapă este etapa de izolație, al cărei scop principal este de a elimina gradientul de temperatură generat de încălzirea rapidă și de a elimina stresul intern inerent în produs. Faceți diferența de temperatură dintre temperatura suprafeței și stratul interior al produsului să dispară. În această etapă trebuie determinată mai întâi temperatura de recoacere, urmată de timpul de izolare. În general, temperatura de recoacere este cu 20 ~ 30 de grade mai mică decât limita superioară a temperaturii de recoacere. Pe lângă măsurarea directă, temperatura la care vâscozitatea este de 1012Pa·s poate fi calculată și pe baza compoziției sticlei. Când se determină temperatura de recoacere, timpul de izolație poate fi calculat conform 70a2~120a2 sau în funcție de valoarea tensiunii admisibile.
În general, pentru produsele cu pereți groși, timpul de temperatură ar trebui să fie mai lung, astfel încât stresul din produs să poată fi complet relaxat, în caz contrar, un stres intern mare va rămâne în produs. Pentru produsele cu pereți subțiri, timpul de izolare poate fi în mod corespunzător mai scurt.
A treia etapă este etapa de răcire lentă a produsului în cuptorul de recoacere. După o anumită perioadă de conservare a căldurii la temperatura de recoacere, stresul inițial al produsului a fost eliminat. Pentru a preveni generarea stresului permanent după răcire sau pentru a-l reduce la intervalul de solicitare cerut de produs, este necesară răcirea lentă după egalizare pentru a preveni formarea stresului permanent.
A patra etapă este etapa de răcire rapidă a sticlei. Temperatura de pornire a răcirii rapide trebuie să fie mai mică decât punctul de deformare al sticlei, deoarece structura sticlei este complet fixată sub punctul de deformare. Deși gradientul de temperatură este generat în acest moment, nu va fi generat niciun stres permanent. În etapa de răcire rapidă se poate genera doar stres temporar. Sub premisa de a se asigura că produsele din sticlă nu sunt sparte din cauza stresului temporar, acestea pot fi răcite cât mai repede posibil.
În producția efectivă, se utilizează o viteză de răcire mai mică. Pentru sticla generală, se iau 15%~20% din această valoare, iar pentru sticla optică, mai puțin de 5%.
Timpul total de recoacere al produselor din sticlă este suma încălzirii, păstrării căldurii, răcirii lente și timpului de răcire rapidă. Viteza de recoacere a fiecărei etape trebuie să fie limitată la valoarea admisibilă a tensiunii pe care produsul o poate suporta. Mai întâi, determinați curba de recoacere cea mai potrivită prin calcul și, de obicei, ajustați-o în practica de producție. Pentru sticla sticla! Sistemul de recoacere este prezentat în tabelul 2-34.
(3) Probleme care ar trebui remarcate la formularea sistemului de recoacere Temperatura de recoacere a sticlei sticlei trebuie stabilită în funcție de dimensiunea produsului, greutatea, compoziția sticlei, temperatura cuptorului produsului și caracteristicile structurale ale fiecărui cuptor de recoacere. În același timp, ar trebui luate în considerare și următoarele puncte.
① Influența diferenței de temperatură în cuptorul de recoacere În ciuda multor măsuri tehnice, distribuția temperaturii în secțiunea transversală a cuptorului de recoacere este încă neuniformă, ceea ce face ca temperatura produsului să fie neuniformă. Prin urmare, la formularea sistemului de recoacere, timpul de izolare ar trebui extins în mod corespunzător, iar viteza de răcire lentă ar trebui să fie mai mică decât viteza de răcire corespunzătoare valorii actuale admisibile a tensiunii permanente, în general jumătate din valoarea admisă a tensiunii este luată pentru calcul. Determinarea vitezei de încălzire și a vitezei de răcire rapidă ar trebui să ia în considerare și influența diferenței de temperatură a cuptorului de recoacere.
Atunci când produsul nu necesită pulverizare la rece, distanța dintre sticle în lanțul cuptorului de recoacere ar trebui să fie cât mai apropiată posibil, fără a afecta ciclul căldurii și ciclul căldurii vântului în cuptor. În general, 15 ~ 20 mm sunt adecvate. În plus, trebuie luate în considerare și înălțimea și forma sticlei. Daca sticla este mai inalta, se poate lua limita superioara a distantei, iar daca sticla este mai scurta se poate lua limita inferioara. Atunci când produsul are nevoie de pulverizare la rece, distanța sticlei ar trebui să se bazeze pe pulverizarea la capătul rece putând pulveriza uniform pe corpul sticlei.
③ Probleme de recoacere a produselor cu pereți groși și forme complexe Diferența de temperatură dintre straturile interior și exterior ale produselor cu pereți groși este mare. Prin urmare, în intervalul de temperatură de recoacere, timpul de izolare a produselor cu pereți groși ar trebui extins corespunzător, astfel încât temperatura straturilor interioare și exterioare ale produselor să poată fi consecventă, dar viteza de răcire trebuie, de asemenea, încetinită în consecință, iar timpul total de recoacere ar trebui prelungit. Trebuie remarcat faptul că prelungirea timpului de izolare a produselor cu pereți groși nu este proporțională cu grosimea produselor. Acest lucru se datorează faptului că sarcina este mai mare după ce grosimea crește. Dacă produsele sunt păstrate la o temperatură mai ridicată pentru o perioadă lungă de timp, acestea se deformează ușor. Produsele cu forme complexe sunt predispuse la concentrarea stresului. Prin urmare, ar trebui să utilizeze o temperatură de izolație relativ scăzută, cum ar fi produsele cu pereți groși, iar timpul de izolare ar trebui prelungit în mod corespunzător. Atât ratele de încălzire, cât și cele de răcire ar trebui să fie lente.
④ Probleme de recoacere ale diferitelor tipuri de produse în același cuptor Când produse cu aceeași compoziție chimică și grosimi diferite sunt recoapte în același cuptor de recoacere, temperatura de recoacere trebuie determinată în funcție de produsul cu cea mai mică grosime a peretelui pentru a evita deformarea subțirilor. produse. Cu toate acestea, timpul de izolare ar trebui extins în mod corespunzător, iar ratele de încălzire și răcire ar trebui determinate în funcție de produsul cu cea mai mare grosime a peretelui, pentru a se asigura că produsele cu pereți groși nu se vor rupe din cauza stresului termic.
Când produse cu compoziții chimice diferite sunt recoapte în același cuptor de recoacere, produsul din sticlă cu cea mai scăzută temperatură de recoacere ar trebui să fie selectat ca temperatură de izolație. În același timp, timpul de izolare ar trebui prelungit, astfel încât produsele cu temperaturi de recoacere diferite să poată realiza o recoacere bună.
⑤ Influența stresului inerent al produselor La încălzirea rapidă, pe lângă calculul stresului temporar în funcție de diferența de temperatură, ar trebui de asemenea estimată influența stresului inerent.