Технологическая шкала вязкости

Возможность проведения различных технологических операций регулируется вязкостью стекломассы. Каждому этапу производства изделий из стекла соответствует определённая вязкость расплава и стекломассы. Поэтому в практике стекловарения большое внимание уделяют характеристическим температурам (табл. 4.2).

Таблица 4.2

Технологическая шкала вязкости

Гомогенизация расплава: усреднение состава по всему объёму за счет диффузии компонентов из-за различия их химических потенциалов вследствие неравномерного распределения.

– уравнение Стокса–Эйнштейна.

D_i– коэффициент диффузии i-го компонента;

k – постоянная Больцмана;

η – динамическая вязкость;

r_i – радиус иона;

а – коэффициент, учитывающий форму частиц.

Увеличение вязкости расплава резко снижает возможности диффузионного усреднения: η ↑ D_i ↓.

Осветление стекломассы происходит вследствие всплывания газовых пузырьков. Скорость всплывания определяется по уравнению Стокса, который сопоставил подъёмную силу (силу Архимеда) и силу вязкого сопротивления движению пузырька:

– уравнение Стокса,

где v – скорость всплывания пузырька;

r – радиус пузырька;

ρ – плотность расплава;

η – динамическая вязкость.

Скорость удаления пузырьков возрастает с увеличением их размера и снижением вязкости расплава: v ↑ r ↑ η ↓.

Большое значение для практики стекловарения имеет температурный градиент вязкости . С учетом этого соотношения рассчитывается скорость твердения стекломассы . Чем быстрее твердеет стекло, тем выше должна быть скорость выработки.

Мерой длины стекла является температурный интервал, в пределах которого вязкость возрастает от 10²до 10⁸ Па∙с.

Длинные стекла имеют пологую кривую зависимости вязкости от температуры η = η(Т): ΔТ = 250–500ºС.

Для коротких стекол характерен крутой подъём зависимости вязкости от температуры η = η(Т): ΔТ = 100–150ºС.

Для длинного стекла режим формовании разработать проще, чем для короткого. Короткие стёкла требуют особенно строго соблюдения температурно-временных режимов формования. Такие стёкла при остывании быстро затвердевают, поэтому отклонение от выбранного режима может привести к быстрому нарастанию вязкости и получению брака. При незначительном переохлаждении стекломассы вязкость может так резко увеличиться, что формование стекломассы станет невозможным. Поэтому короткие стёкла (2) используются для машинной выработки, а длинные (1) – для ручной выработки стекломассы:

Δ η /ΔТ₁<Δ η / ΔТ₂

Температура Литтлтона определяется температурой, при которой стеклянная нить стандартной длины удлиняется под действием собственной массы (L = 22,6 см, d = 0,55÷0,75 мм, dL/dt =1мм/мин, ΔТ/ Δt=10^оС/мин). Эта характеристическая температура используется при расчёте параметров процесса моллирования. При моллировании нагретое стекло заполняет форму под действием силы тяжести.

Интервал отжига: η = 10¹² ÷ 10^13,5Па∙с.

Назначение отжига – удаление остаточных напряжений, возникающих в процессе неравномерного охлаждения внутренних и внешних слоёв стекла.

Высшая температура отжига Т_во соответствует вязкости η = 10¹² Па∙с. Выдержка при этой температуре позволяет в течение трёх минут удалить 95% остаточных напряжений без заметной деформации изделий. Для большинства промышленных стёкол Т_во = 400-600^оС.

Низшая температура отжига Т_но соответствует вязкости η = 10^13,5Па∙с. При этой температуре в течение трёх минут устраняется 5% остаточных напряжений.

ΔТ = Т_во - Т_но = 50 ÷ 150^оС

В интервале отжига скорость охлаждения должна быть минимальной. При Т < Т_но скорость охлаждения изделий может быть выше, т.к. вязкость стёкол высока и возникновение остаточных напряжений невозможно.