玻璃包装材料

玻璃包装材料 (3)

玻璃的原料 (3)

玻璃的结构 (5)

玻璃的主要性能 (5)

玻璃的热性能 (5)

⑴热膨胀性 (5)

⑵影响玻璃导热性的因素 (6)

热冲击强度 (6)

⑴热冲击强度定义 (6)

⑵壁厚对热冲击强度的影响 (7)

力学性能 (7)

⑴玻璃的强度 (7)

⑵玻璃容器的包装强度 (8)

⑶影响玻璃瓶强度的主要因素 (10)

玻璃包装容器的制造 (11)

⑴吹制法 (11)

⑵拉制法 (12)

玻璃包装材料

玻璃由无机材料熔融冷却而成。我国关于玻璃的定义为：玻璃是介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由熔融体过冷而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为短程有序和长程无序，型脆透明。

作为包装材料，玻璃具有一系列非常可贵的特性：

⑴透明；

⑵坚硬耐压；

⑶优良的阻隔、耐蚀、耐热和光学性能；

⑷成型方法多，成型包装容器形状、大小各异； ⑸原料来源丰富，价格相对较低。 ⑹可回收利用。 玻璃材料的不足主要

⑴耐冲击性能低，易碎； ⑵比重高，2.2～2.5； ⑶熔制玻璃时能耗较高。

玻璃一直是食品工业、化工工业、文教用品、医药卫生等行业的常用包装材料。

玻璃的原料

主要原料

各种氧化物原料，对玻璃的结构、物理和化学性质起主要作用。 辅助原料：

改善玻璃性能的添加料。 按氧化物的性质分：

⑴酸性氧化物原料 ⑵碱金属氧化物原料 ⑶碱土金属氧化物原料

⑷二价、多价金属氧化物原料

按氧化物在玻璃结构中的作用分：

⑴玻璃形成体（网络形成体）氧化物原料：单独形成玻璃。 ⑵玻璃中间体氧化物原料：在一定条件下形成玻璃。

⑶玻璃改变体（网络体外）氧化物原料：改变玻璃性质。 玻璃形成体氧化物原料

⑴玻璃形成氧化物原料

二氧化硅（2SiO ）和氧化硼（32O B ）

硅砂（石英砂）

组成：由石英岩、长石和其他岩石分解而成，主要成分为二氧化硅

（2SiO ）。此外，还含有32O Al 、CaO 、MgO 、O Na 2、O K 2、32O Fe 等

少量杂质。 32O Fe 有害，使玻璃着色，降低玻璃的透明度。

2SiO 可以形成石英玻璃，其以硅氧四面体结构单元形成不规则的连续

网络，玻璃的主体骨架。 ⑵硼砂、硼酸及含硼矿物

硼砂、硼酸及含硼矿物向玻璃种引入氧化硼（32O B ）。

在硼硅酸盐玻璃中， 32O B 以[4BO ]结构为单元，与硅氧四面体形成结构网络，因此32O B 是玻璃形成体氧化物。

作用：

a 能降低玻璃的热膨胀系数；

b 提高玻璃的化学稳定性和热稳定性；

c 改善玻璃的光泽、提高玻璃的机械强度；

d 助熔作用，加速玻璃的澄清，降低玻璃的结晶能力。

玻璃中间体氧化物

⑴定义

中间体氧化物自身不能形成玻璃，但可以连接二氧化硅（玻璃）链，使其保持玻璃态。它既是玻璃网络结构的一部分，又可以改进结构内部的位置。 ⑵种类

一种是长石、瓷土、蜡石，向玻璃中引入氧化铝（32O Al ）； 一种是斜锆石和锆石英，锆石英的主要成分为22ZrO SiO •，向玻璃中引入2ZrO 。

玻璃网络体外氧化物原料

网络体外氧化物——改性剂

⑴定义

网络体外氧化物不参加玻璃的结构网络，居于网络之外，但能促使玻璃网络破裂而改变玻璃的性质。 ⑵种类

主要有氧化锂、氧化钠、氧化钾、氧化镁、氧化钙、氧化钡等。 ⑶作用

降低熔点和简化工艺。

玻璃的结构

⑴石英玻璃

石英玻璃的结构与石英晶体一样，都是由二氧化硅组成，但二者的存在

状态不同，石英晶体中的[4SiO ]单元排列规则有序，无论在多大范围内，都有很好的重复性和周期性。石英玻璃中的[4SiO ]单元的排列无规律性，从几个原子的小范围内看，有序；但超过此范围，则是无序，即近程有序，远程无序。

⑵钠钙玻璃

钠钙玻璃引入了金属氧化物，改变了石英玻璃中单一的化学组成和O Si 的比例，使原来互相连接的[4SiO ]四面体网络断裂。

O Na 2、CaO 等氧化物的加入，改变了原来的四面体网络，引起玻璃的

许多性质改变，如降低了玻璃的熔制温度和粘度，降低了硬度和强度，降低了化学稳定性，增大了热膨胀系数，从而导致抗热冲击性能下降 。

⑶硼硅酸盐玻璃

硼硅酸盐玻璃中，32O B 有两种可能的存在形式，即硼氧四面体[4BO ]和三角平面结构[3BO ]，具体结构取决于O Na 2与32O B 的比例。

322O B O Na 的摩尔比＞1时，32O B 以硼氧四面体[4BO ]的结构形式存在；

322O B O Na 的摩尔比＜1时，32O B 以三角平面结构[3BO ]的结构形式存

在，进而产生分相，导致玻璃性能下降。

玻璃的主要性能

玻璃的热性能

定义：温度变化时，玻璃会因热胀冷缩在内部产生拉应力和压应力，致使其破裂。玻璃在温度急剧变化时抵抗破裂的能力称为玻璃的热性能，包括热膨胀系数、导热性、比热和热稳定性等。

⑴热膨胀性

材料的体积或长度随温度的升高而增大的现象称为热膨胀。热膨胀通常用热膨胀系数表示。玻璃的热膨胀系数（α）较小，一般在7-108.5⨯～

7-10150⨯之间。

a 线膨胀系数

温度变化1℃时，长度的变化值。玻璃的线膨胀系数越小，耐温度变化性越好。

玻璃的热性能与线膨胀系数的关系

玻璃的线膨胀系数影响玻璃的热稳定性以及玻璃的熔化、冷却和成型性，一般以其所能承受的温度差来衡量。

经验公式:T

l l l l ∆-•=

00α b 体膨胀系数

温度变化1℃时，体积的变化值。

⑵影响玻璃导热性的因素

a 玻璃的组成

在玻璃中引入2SiO 、32O Al 、32O B 等氧化物时，导热性增加； 在玻璃中引入一价和二价金属氧化物时，导热性降低。 b 温度

导热系数随着温度的增加而增加。

在绝对零度时，玻璃的导热系数为0。随着温度的升高，导热系数增加。 c 厚度

玻璃的导热系数一定时，其厚度越小，越有利于导热速率的提高。 因此，玻璃种类一定时，适当减小容器的厚度，可提高耐热性。

热冲击强度

⑴热冲击强度定义

在急冷或急热时玻璃瓶壁上产生拉应力和压应力，当产生的最大应力超过玻璃的抗拉或抗压强度时，瓶破裂，称为热冲击破裂；破裂时的应力称为玻璃的抗热冲击强度。

热冲击强度是玻璃瓶耐急冷或急热的技术指标。

玻璃瓶的热冲击破裂常发生在瓶身与瓶底过渡部分的外表面。

当瓶外部受急热作用时，外表面的压应力远大于内表面的拉应力；