玻璃瓶罐的冲击强度提升策略

    日用玻璃中产量最大的是玻璃瓶罐， 约占80%以上。玻璃瓶罐是与人们生活息息相关的必需品，如：啤酒瓶、白酒瓶、罐头瓶等。这是因为玻璃瓶具有良好的耐热稳定性和化学稳定性，不与盛装的物品发生变化而影响品质，是任何包装材料（如塑料、纸、金属）都不可替代的。玻璃还能回收循环利用，是绿色环保行业。

　　近几年玻璃瓶包装面临着金属、高分子材料、纸包装的竞争。这些包装材料具有脆性小、重量轻、成型耗能低、壁薄等优势，但这些包装材料或多或少对人身健康有影响，其中一些材料不能循环利用而污染环境。玻璃瓶虽有其他包装材料不可替代的优势，但玻璃熔化成型温度高，需要的能耗高。由于玻璃密度大于其他包装材料，单个瓶重大于其他包装容器，因此日用玻璃，尤其是瓶罐企业如何适应全球绿色经济的增长和低碳经济，从资源、能源消耗型模式转变为节能、环保型模式是众所关心的问题。

　　在包装行业这个广阔的领域，各类包装材料都在竟相发挥各自的优势，相互补充，相互替代，相互竞争，以保持和发展所占据的一席之地。因此，做为大量用于包装行业的玻璃瓶罐，在满足其包装使用要求的前提下，尽量降低制造成本，提高质量档次，以增强同其他各类包装材料的竞争力，已经成为今后的发展方向和趋势。而提高玻璃瓶罐的物理性能，使其轻量化是玻璃包装工业节能减排并降低制造成本的主要途径。

　　要使玻璃瓶罐变轻，主要靠减小壁厚来实现降低玻璃瓶罐的重容比。但是，在薄壁状态下要保持较高的强度是非常困难的，必须从设计到生产全过程的各个环节入手，通过玻璃成份改性、合理的结构设计、正确的工艺安排、有效的生产工艺指标控制、有效的表面处理等强化处理措施达到重量轻、强度高的目的。

　　鉴于玻璃瓶罐易碎易爆的特殊性，提高玻璃瓶罐的冲击强度等物理性能，降低玻璃瓶罐的破损，应从提高玻璃瓶罐物理性能的几项措施方面着手。

　　1.模具的改进

　　无论用现有的哪种成形方法均是在具有一定形状的模具中完成的，模具在玻璃瓶罐成形中占有重要地位。模具质量的优劣直接影响玻璃瓶罐的质量，而且玻璃瓶罐的成形是在高温软化状态下完成的，因此对模具的材料成分及金相组织要求相当的严格。一般模具的材质必须具备以下特性：组织致密均匀、表面光滑、抗氧化、耐磨、耐腐蚀、导热性能好、热膨胀系数小且易于机械加工。

　　模具的改进主要使玻璃瓶壁分布均匀合理，克服厚薄不均。合理的结构可使其壁厚减薄，但应力分布均匀、冷却均匀，其冲击强度反而有可能得以提高。具体采取如下措施：一是玻璃瓶造型高度不大，瓶型越接近球形越好，而瓶型的线条则越简单越好，无尖角或尖棱，各部分之间采用缓和过渡的光滑线型；二是瓶身形状呈圆柱形；三是瓶肩线的曲率半径越大的瓶肩结构；四是瓶身与瓶底平缓过渡的构型较好。五是瓶罐口部的加强环要尽量小，或取消加强环；六是小口瓶的瓶颈不要细而长。七是吹吹法生产的轻量瓶的瓶身可能会有“断腰”的特征，指数越小，该特征越明显。设计时在雏形图上加上一个合适的“反断腰”,便可消除或降低断腰风险，增加瓶子的强度。

　　2.采用科学的玻璃配方

　　玻璃的内在强度在一定程度上取决于玻璃的主要成分，包装用玻璃瓶罐的主要成分是Na2O-CaO-SiO2系玻璃。配料中需重点考虑增加强度的成分，提高组成中网络形成物的含量，使玻璃结构更趋紧密。

　　玻璃组分的优化是解决玻璃熔化质量的问题。在玻璃瓶配方中可引入锂云母原料，一是降低玻璃熔化温度，有明显的助熔效果；二是降低热膨胀系数，改善玻璃制品的化学稳定性、表面光洁度、透明度以及抗热、抗震和耐酸耐碱腐蚀性能，有显着的提高品质效果。

　　3.提高配合料的质量

　　在玻璃生产的工艺过程中有两个均化过程，即原料均化（配合料）和玻璃液均化，制备质量合格的配合料，可以减轻玻璃液均化负担，缩短玻璃液的均化时间，加速玻璃整个熔制过程，用配合料质量来保证玻璃的均化程度。

　　4.稳定的配料供给和优质的玻璃质量（配料和窑炉的运行要求）

　　窑炉是配合料经加热熔化成玻璃液的主要设备，玻璃液的质量将直接关系到轻量瓶的生产。实行全保温、鼓泡、窑坎等技术，窑炉温度、液面、窑压等均实施自动控制，同时根据不同的生产量及其它要求，合理调整窑炉工艺参数，保证高质量稳定的玻璃液供给。

　　5.采用合理的成型工艺与设备

　　使用先进的制瓶机（德国HEYE等）、供料机及料道加热系统，配合先进的成型工艺，实施轻量化生产。

　　6.优化的退火制度

　　轻量化生产使得玻璃瓶壁厚减小，因此玻璃退火的要求也要更加准确。玻璃的退火工艺包括加热、保温、缓慢降温及快速降温4个阶段，根据壁厚准确控制保温时间，缓慢降温阶段，严格控制降温速度，以免产生新的应力；在快冷阶段，要根据壁厚，采用不同的降温速度，防止降温时产生的暂时应力超过玻璃的强度极限而引起破裂。

　　7.壁厚的在线监测

　　在玻璃瓶罐的生产过程中，还必须对瓶壁厚进行监测。要通过测量壁厚分布信息来保证生产维持在设定的工艺控制极限范围内，如瓶底跟部、瓶身部、接触点的壁厚。采用在线检验将有缺陷的玻璃瓶剔除掉，而不同的缺陷要求要配备不同的检验设备。

　　8.玻璃瓶罐表面强化

　　所谓玻璃瓶罐表面强化，是采用改变和改善玻璃表面组成和状态的方法，使玻璃的化学稳定性机械强度提高，赋予玻璃表面以某些特殊性能的过程。

　　增强表面的方法有很多。一般通过两种主要途径：一是利用离子交换的物理化学增强方法，消除玻璃表面微裂纹。处理以后瓶子的冲击性能明显增强。二是基于玻璃抗张强度低于抗压强度的原理，改变玻璃的表面组成和结构状态，在玻璃表面形成压应力层，利用表面微晶化提高瓶罐耐冲击强度以及采用热端喷涂与冷端喷涂技术提高玻璃性能。这种表面涂层法能够用于大规模的瓶罐生产。

　　引起玻璃瓶罐破裂的原因很多，因而提高玻璃瓶罐耐冲击强度物理性能等，降低瓶罐的破损，应从多方面着手，寻找有效途径。以上方法不失为提高玻璃瓶罐耐冲击强度的较好办法。除此以外，玻璃瓶罐外涂塑料薄膜，可防止玻璃破片飞散，也可减少伤害事故的发生。

　　综上所述，玻璃瓶罐轻量化的优越之处是很明显的。近几十年来，世界玻璃工业界都为玻璃瓶罐的轻量化进行了大量的研究，并且从瓶型设计，工艺措施，技术装备等方面进行了重大改进，取得了较好的效果。国外五十年代已基本完成通过改变造型设计来达到减轻瓶重的轻量瓶研制初始阶段，进入了在使玻璃瓶罐强度（包括抗冲击强度和耐内压强度）不降低甚至有所增加的基础上，进一步降低瓶重，找出玻璃瓶罐破损的原因，采取相应的工艺措施来消除或弥补造成其强度降低的诸因素。并试制和建立一整套玻璃瓶罐制造的工艺技术和装备，使之形成制造轻量瓶的最佳条件，以真正达到玻璃瓶罐重量轻、强度高的要求。