英格兰足总杯和英超:技術干貨 | 玻璃瓶的成型工藝介紹

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在人類的發展中,玻璃已經有很長的歷史。對于我們來說,玻璃是最不可思議和最有用的材料之一,它已經被使用到人類的每一個領域。同時,我們也知道,玻璃是一種人造材料。

   

 

空心玻璃可以應用到很多不同的領域,我們將其分成三類:I類,II類,III類。

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玻璃類型是根據玻璃成分和內表面處理的不同來區分

 

他們的不同是由于采用了不同的玻璃成分系統。I類玻璃是硼硅酸鹽玻璃, II類和III類是鈉鈣硅酸鹽玻璃。至于II類和III類,II類主要是在III類的基礎上,通過SO3或者NH4SO4粉末對瓶內表面進行了脫堿處理。(注:脫堿處理的目的主要是改善玻璃瓶的耐水性,以適用于裝中性到弱堿性的注射液)

對于化妝品玻璃包裝,使用的主要是III類玻璃,這是考慮到化妝品內盛物對玻璃的侵蝕較少。

 

·鈉鈣玻璃原材料構成

玻璃的主要原材料有砂,純堿,方解石,長石, 這些占據了玻璃原材料中98%以上。而其他的小料還包括有澄清劑、著色劑、脫色劑等等。另外, 感謝于玻璃的強大能力, 我們為了循環使用玻璃,減少能耗,也將碎玻璃作為我們其中一種主要的原材料(一般范圍在0%-50%, 有時甚至100%, )。這也是為什么我們說玻璃是一種對環境友好的材料。

我們可以從下表中清晰看到每種原材料的功能

2原材料的主要功能和其在玻璃熔化中的作用

 

·鈉鈣玻璃熔化工藝

一、配合料制備 

配料房是在混合料進入窯爐前,將玻璃原材料根據要求放置在不同的料倉。該工藝步驟如圖所示:

3熔化過程

 

步驟 1:通過火車或者卡車將原材料運到玻璃配料房,通過目視檢測和樣品檢測去確保尺寸和成分符合。

步驟2:原材料料被放置到各自的卸貨點,然后通過升降機傳送到配料房,最后運送到各自的料倉。

步驟3:在進入窯爐前,原材料通過各自料倉下的電子稱,按批次和配比配料

步驟4:通常情況下,每次稱量一種原材料,同時批次要準確。

步驟5: 稱的靈敏度是日常監視的,同時每個星期也都會校準,以此來確保精確度。

步驟6: 一旦稱量完成,原材料就會被輸送到混合機。

步驟7: 在某些工廠,碎玻璃是在混合后才加入,目的是最小化碎玻璃對混合機的磨損。

步驟8: 混合后的混合料,會被通過水平皮帶或者單軌電車運輸到窯爐。

步驟9: 為了減少傳輸過程中的粉塵、分層和飛料,常常在攪拌前會加入適當水分

步驟10: 濕料增強了窯爐中的配料控制,這對于有效熔化是非常有利的。

 

二、熔化過程

混合料是通過加料機持續的加入到窯爐中去的。

-~100°C :混合料干燥 (~濕度約在4%)

-~700°C :碳酸鹽間的固相反應 

從 800°C開始:碳酸鹽的消除和與二氧化硅間的反應(大概占重量的16%)

從850°C開始:通過碳對硫酸鹽和氧化鐵進行還原反應

從 1200°C開始, 澄清同時伴隨著二氧化硅的溶擴

 

在鈉鈣硅玻璃容器行業中,主要有兩種窯爐,馬蹄焰爐和橫火焰爐。下圖展示了馬蹄焰蓄熱室窯爐的結構

4馬蹄焰爐

 

這種窯爐有兩個小爐,并肩處于窯爐的后墻,而蓄熱室則位于窯爐的后面。每個小爐裝備有2-4支加熱槍,這些加熱槍根據窯爐尺寸的不同,可以使用不同燃料,像重油、天燃氣?;鷓媧右徊嗟男÷隼?,然后180°拐彎,從另外一個小爐出去?;鷓婧頭掀吖穆廢呔拖褚桓鏊降?ldquo;U”。這種設計使到燃燒氣體在窯爐中有一個相對較長的停留時間,從而節省了能源。

該款窯爐同時裝備了助燃空氣預熱系統,該系統就是我們常說的蓄熱室。蓄熱室使得我們能夠重新使用燃燒后的廢氣的熱能。兩個蓄熱室中的一個,吸取燃燒廢氣中(大概1300℃)的熱量,從而加熱蓄熱室內的格子體耐火材料。而助燃空氣則通另外一個蓄熱室進入窯爐。經過一定的時間后,助燃空氣和燃燒廢氣的流動會換向。助燃空氣流經剛被廢氣加熱的蓄熱室進入窯爐,儲存在格子體中的熱量就會傳遞到助燃空氣中,對空氣進行加熱。通過耐火材料這樣的熱交換,能量就能保存和重復利用。

 

三、用于將熔化好的玻璃輸送到成型機器的供料道

一般情況下,對于容器玻璃成型來說,從窯爐出來的玻璃的溫度太高。所以熔化好的玻璃首先流進耐火材料流道,也就是我們所說的供料道(見下圖),供料道的作用是將玻璃冷卻到工作溫度,同時使冷卻后的玻璃溫度均勻。

5 供料道的其中一種設計樣式

 

在供料道內,熱均勻性良好的玻璃將會被剪刀系統剪成料滴,然后進入成型機器,最終成型為瓶狀玻璃。

 

·成型工藝

玻璃瓶罐的成型過程是指一系列的動作組合(包括機械的,電控的等),在給定的編程順序重復進行,目標是制造一個具有預期的特定形狀的瓶罐。

目前玻璃瓶罐容器的生產有兩個主要過程:窄小瓶口的吹吹法和和用于較大口徑的瓶子和罐子使用的壓吹法。

吹吹法吹吹法

 

吹壓法壓吹法

 

在這兩個成型工藝中,熔融態的玻璃液體,在其料溫度(1,050-1,200℃),被剪切刀片切割從而形成圓柱體狀的玻璃液滴,稱為“料滴'。料滴的重量就足以生產一個瓶子。這兩種工藝都是從剪切玻璃液開始,在重力作用下料滴下墜,并通過料槽和轉向槽,進入到初模中,然后初模關緊,并由頂部的“悶頭”進行密封。

初模成型過程

初模成型過程

 

在吹吹工藝過程中,玻璃首先被從悶頭通過的壓縮氣推動下壓,使得口模處的玻璃成型;然后芯子稍微下移,從芯子位置的間隙通過的壓縮空氣從下到上擴充擠壓玻璃填充滿初模。通過這樣的玻璃吹制,玻璃會形成中空的預制形狀,并在隨后的過程中被壓縮空氣在第二階段再次吹制以得到最終的形狀。

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玻璃瓶成型工藝示意

 

玻璃瓶罐的生產在兩個主要階段內進行:在第一階段形成口模模具所有的細節,完成瓶口包括內開口,但該玻璃制品的主體形狀會比其最終尺寸小得多。這種半成型的玻璃制品被稱為型坯,在下一個瞬間,它們將會被吹制成為最終的瓶罐形狀。

壓吹法成型工藝示意壓吹法成型工藝示意

 

就機械動作的角度,口模與芯子在下面形成了一個密閉空間。在口模被填充滿了玻璃之后(撲氣完成之后),芯子稍微縮回,使得與芯子接觸的玻璃稍微軟化。然后從下往上的壓縮氣(倒吹氣)通過芯子下的間隙,形成型坯。然后悶頭上升,初模打開,翻轉臂連同口模和型坯一起翻轉到成模側。

當翻轉臂到達成模頂上時,兩邊的成?;峁乇占薪?,包住型坯??諛;嶸暈⒋蚩?,放開型坯;然后翻轉臂會返回初模側,等待下一輪動作。吹氣頭下降到成模頂部,壓縮空氣從中間灌入到型坯里面,擠壓玻璃向成型模擴充,形成最終的瓶罐形狀。

在壓吹工藝中,型坯的形成不再是用壓縮空氣,而是通過一個較長的芯子在初模型腔的密閉空間內擠壓玻璃而成。之后的翻轉和最終成型與吹吹法一致。

之后的瓶子會被鉗瓶從成型模中鉗出,放置到有自下而上的冷卻風的停瓶板上,等待被撥瓶輸送到退火工藝。

 

·制瓶機

制瓶機是指能制作玻璃瓶罐的設備。

一般來說,制瓶機包括了最基本的19個動作操作,以形成一個瓶子。目前大部分的制瓶機器和機構是由壓縮空氣驅動的(高壓 4.2巴,低壓 2.2巴)。該設備是由定時器系統的電子控制開協調的所有動作。

制瓶機設備

最廣泛使用的制瓶機是單獨組別制瓶機(IS機)。此機具有2-20相同的組別,其中每一組都包含一組完整的機構,滿足瓶罐生產的需要。所有的組別的料滴都是通過移動勺送入每個組,移動勺稱為料滴分配器。制瓶機可以同時做一個,兩個,三個或四個瓶子(簡稱為單,雙,三和四滴料)。時至今天甚至6滴料的制瓶機被研發成功投入生產。在多料滴的情況下,剪刀同時切割料滴,并且在同一時間落入初模中。

 

·退火

玻璃在冷卻時,它會收縮并固化。不均衡的降溫和快速降溫導致玻璃產生應力,從而使玻璃脆弱或者爆炸。退火爐的作用是加熱玻璃瓶罐至大約580℃,然后進行緩慢冷卻來使得玻璃成型中產生的應力消除,保證玻璃容器的安全。這個退火過程取決于玻璃厚度,一般在20 - 60分鐘的時間內。

 

 

文章摘自《中國包裝大全—日化篇》

2020年3月14日 10:48
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