Ricottura del vetro

La forza di interazione su una sezione trasversale unitaria all'interno di una sostanza è chiamata stress interno. Lo stress interno del vetro può essere suddiviso in tre categorie in base alle diverse cause della sua generazione.
(1) Stress termico nel vetro Lo stress generato nel vetro a causa della differenza di temperatura è chiamato stress termico. In base alle sue caratteristiche di esistenza, è diviso in stress temporaneo e stress permanente.
1 Sollecitazione temporanea La sollecitazione termica generata quando il vetro nell'intervallo di temperatura di deformazione elastica con una temperatura inferiore al punto di deformazione subisce variazioni di temperatura irregolari durante il riscaldamento o il raffreddamento è chiamata sollecitazione temporanea. Questa sollecitazione esiste con l'esistenza del gradiente di temperatura e scompare con la scomparsa del gradiente di temperatura.
2 Stress permanente Lo stress termico che rimane nel vetro dopo che il gradiente di temperatura tra gli strati interno ed esterno del vetro scompare è chiamato stress permanente. La generazione di stress permanente nel vetro è il risultato del rilassamento dello stress all'interno dell'intervallo di temperatura di deformazione. Per ridurre la generazione di stress permanente, la temperatura di ricottura e la velocità di raffreddamento appropriate devono essere selezionate in base alla composizione chimica del vetro e allo spessore del prodotto in modo che il valore dello stress residuo sia all'interno dell'intervallo consentito.
(2) Stress strutturale nel vetro Lo stress generato nel vetro a causa di irregolarità strutturali causate da una composizione chimica irregolare è chiamato stress strutturale. Lo stress strutturale è uno stress permanente. Ad esempio, durante il processo di fusione del vetro, a causa della scarsa omogeneizzazione della fusione, vengono generati difetti come striature e pietre. La composizione chimica di questi difetti è diversa da quella del vetro principale e anche i loro coefficienti di espansione sono diversi. Dopo che la temperatura raggiunge la temperatura ambiente, le parti adiacenti con diversi coefficienti di espansione si restringono in modo diverso, causando stress nel vetro. Questo stress causato dalla struttura intrinseca del vetro non può essere eliminato tramite ricottura.
(3) Sollecitazione meccanica del vetro La sollecitazione meccanica si riferisce alla sollecitazione causata dalla forza esterna che agisce sul vetro. È una sollecitazione temporanea. Scompare quando la forza esterna scompare.

La ricottura del vetro è un processo di trattamento termico che serve a ridurre o eliminare le sollecitazioni permanenti generate nel vetro durante il processo di stampaggio o di lavorazione termica e a migliorarne le prestazioni.
In base alla causa della formazione di stress nel vetro, la ricottura del vetro è essenzialmente composta da due processi: riduzione ed eliminazione dello stress; prevenzione della generazione di nuovo stress. Il vetro non ha un punto di fusione fisso. Si raffredda ad alta temperatura e si trasforma da liquido a materiale solido fragile. Questo intervallo di temperatura è chiamato intervallo di temperatura di transizione. La temperatura limite superiore è la temperatura di rammollimento e la temperatura limite inferiore è la temperatura di transizione. Nell'intervallo di temperatura di transizione, le particelle nel vetro possono ancora muoversi, ovvero, a una certa temperatura vicina alla temperatura di transizione, la conservazione del calore e l'equalizzazione possono eliminare lo stress termico nel vetro. Poiché il vetro è un corpo viscoelastico in questo momento, sebbene lo stress possa essere allentato, non cambierà l'aspetto del prodotto.

(1) Temperatura di ricottura e intervallo di temperatura di ricottura del vetro Per eliminare lo stress permanente nel vetro, il vetro deve essere riscaldato a una certa temperatura al di sotto della temperatura di transizione vetrosa Tg per la conservazione del calore e l'equalizzazione per eliminare il gradiente di temperatura di ciascuna parte del vetro e rilassare lo stress. Questa temperatura di conservazione del calore e di equalizzazione è chiamata temperatura di ricottura. La temperatura di ricottura più alta del vetro si riferisce alla temperatura alla quale il 95% dello stress può essere eliminato dopo 3 minuti, che è equivalente al punto di ricottura (n-1012Pa·s), chiamato anche temperatura di ricottura superiore; la temperatura di ricottura più bassa si riferisce alla temperatura alla quale solo il 5% dello stress può essere eliminato dopo 3 minuti. È anche chiamata temperatura di ricottura inferiore. L'intervallo di temperatura dalla temperatura di ricottura più alta alla temperatura di ricottura più bassa è chiamato intervallo di temperatura di ricottura. L'intervallo di temperatura di ricottura è generalmente di 50~150 gradi. La temperatura di ricottura più alta del vetro della bottiglia è di 550~600o gradi. Nella produzione effettiva, la temperatura di ricottura generalmente utilizzata è di 20~30 gradi inferiore alla temperatura di ricottura più alta. La temperatura di ricottura più bassa è di 50~150 gradi inferiore alla temperatura di ricottura più alta. La temperatura di ricottura del vetro è correlata alla sua composizione chimica. Qualsiasi composizione che può ridurre la viscosità del vetro può anche ridurre la temperatura di ricottura.

(2) Processo di ricottura del vetro Il processo di ricottura dei prodotti in vetro comprende quattro fasi: riscaldamento, conservazione del calore, raffreddamento lento e raffreddamento rapido. In base alle velocità di riscaldamento e raffreddamento, alla temperatura di conservazione del calore e al tempo di ciascuna fase, è possibile tracciare una curva della relazione tra temperatura e tempo. La figura 2-35 è la curva di ricottura.
La prima fase è la fase di riscaldamento. Il compito principale è riscaldare il prodotto alla temperatura di ricottura. Quando il prodotto in vetro viene formato e inviato al forno di ricottura, a causa del calo di temperatura del prodotto stesso durante l'operazione di formatura e il processo di trasporto, la temperatura del prodotto è generalmente inferiore alla temperatura di ricottura del vetro quando entra nel forno di ricottura, specialmente per alcuni prodotti a parete sottile. Pertanto, quando il prodotto entra nel forno di ricottura, il prodotto deve essere riscaldato alla temperatura di ricottura determinata in anticipo.

Quando il vetro viene riscaldato, il suo strato superficiale è soggetto a sollecitazione compressiva e il suo strato interno è soggetto a sollecitazione di trazione. Poiché la resistenza alla compressione del vetro è circa 10 volte la sua resistenza alla trazione, la velocità di riscaldamento può essere corrispondentemente più veloce. Tuttavia, la somma della sollecitazione temporanea generata dal gradiente di temperatura e della sollecitazione permanente intrinseca durante il processo di riscaldamento non può essere maggiore del suo limite di resistenza alla trazione, altrimenti si romperà. Nella produzione effettiva, fattori come l'uniformità dello spessore dei prodotti in vetro, le dimensioni e la forma dei prodotti e l'uniformità della distribuzione della temperatura nel forno di ricottura influenzeranno il riscaldamento e la velocità di riscaldamento.
La ricottura immediatamente dopo la formazione del prodotto è chiamata ricottura primaria, mentre la ricottura dopo il raffreddamento del prodotto è chiamata ricottura secondaria. La produzione di prodotti in vetro per bottiglie e lattine adotta sempre il metodo di ricottura primaria, ovvero entrare nel forno di ricottura subito dopo la formatura. Per alcuni prodotti con forme complesse, spessore della parete irregolare o spessore del fondo della bottiglia superiore a 8 mm, è severamente vietato utilizzare un forno di ricottura monouso per la ricottura secondaria. Se è richiesta una nuova ricottura, è necessario selezionare un forno di ricottura secondaria per la ricottura, altrimenti i prodotti in vetro scoppieranno. Ad esempio, i prodotti con decalcomania superficiale appartengono alla ricottura secondaria e il forno di cottura viene utilizzato per ricotturare il prodotto per la ricottura secondaria. Per alcuni prodotti che devono essere lavorati mediante essiccazione, se lo stress è troppo grande dopo l'essiccazione, è necessaria anche la ricottura secondaria per eliminare lo stress.
La seconda fase è la fase di isolamento, il cui scopo principale è quello di eliminare il gradiente di temperatura generato dal riscaldamento rapido ed eliminare lo stress interno intrinseco nel prodotto. Far scomparire la differenza di temperatura tra la temperatura superficiale e lo strato interno del prodotto. In questa fase, la temperatura di ricottura deve essere determinata per prima, seguita dal tempo di isolamento. Generalmente, la temperatura di ricottura è inferiore di 20~30 gradi rispetto al limite superiore della temperatura di ricottura. Oltre alla misurazione diretta, la temperatura alla quale la viscosità è 1012Pa·s può anche essere calcolata in base alla composizione del vetro. Quando viene determinata la temperatura di ricottura, il tempo di isolamento può essere calcolato in base a 70a2~120a2 o in base al valore di stress ammissibile.
In genere, per i prodotti con pareti spesse, il tempo di temperatura dovrebbe essere più lungo, in modo che lo stress nel prodotto possa essere completamente rilassato, altrimenti, rimarrà un grande stress interno nel prodotto. Per i prodotti con pareti sottili, il tempo di isolamento può essere opportunamente più breve.
La terza fase è la fase di raffreddamento lento del prodotto nel forno di ricottura. Dopo un certo periodo di conservazione del calore alla temperatura di ricottura, lo stress originale del prodotto è stato eliminato. Per evitare che lo stress permanente venga generato dopo il raffreddamento, o per ridurlo all'intervallo di stress richiesto dal prodotto, è necessario un raffreddamento lento dopo l'equalizzazione per evitare la formazione di stress permanente.
La quarta fase è la fase di raffreddamento rapido del vetro. La temperatura iniziale del raffreddamento rapido deve essere inferiore al punto di deformazione del vetro, perché la struttura del vetro è completamente fissata al di sotto del punto di deformazione. Sebbene il gradiente di temperatura venga generato in questo momento, non verrà generato alcuno stress permanente. Nella fase di raffreddamento rapido, può essere generato solo stress temporaneo. Con la premessa di garantire che i prodotti in vetro non si rompano a causa di stress temporaneo, possono essere raffreddati il ​​più rapidamente possibile.
Nella produzione effettiva, viene utilizzata una velocità di raffreddamento inferiore. Per il vetro generico, viene preso il 15%~20% di questo valore e per il vetro ottico, meno del 5%.
Il tempo totale di ricottura dei prodotti in vetro è la somma del riscaldamento, della conservazione del calore, del raffreddamento lento e del tempo di raffreddamento rapido. La velocità di ricottura di ogni fase deve essere limitata al valore di stress ammissibile che il prodotto può sopportare. Innanzitutto, determinare la curva di ricottura più adatta tramite calcolo e di solito regolarla nella pratica di produzione. Per il vetro delle bottiglie! Il sistema di ricottura è mostrato nella Tabella 2-34.

(3) Problemi da notare quando si formula il sistema di ricottura La temperatura di ricottura del vetro della bottiglia deve essere impostata in base alle dimensioni del prodotto, al peso, alla composizione del vetro, alla temperatura del forno del prodotto e alle caratteristiche strutturali di ciascun forno di ricottura. Allo stesso tempo, devono essere considerati anche i seguenti punti.
① L'influenza della differenza di temperatura nel forno di ricottura Nonostante molte misure tecniche, la distribuzione della temperatura nella sezione trasversale del forno di ricottura è ancora irregolare, il che rende la temperatura del prodotto irregolare. Pertanto, quando si formula il sistema di ricottura, il tempo di isolamento deve essere opportunamente esteso e la velocità di raffreddamento lento deve essere inferiore alla velocità di raffreddamento corrispondente al valore effettivo di sollecitazione permanente ammissibile, generalmente si prende la metà del valore di sollecitazione ammissibile per il calcolo. La determinazione della velocità di riscaldamento e della velocità di raffreddamento rapido deve anche considerare l'influenza della differenza di temperatura del forno di ricottura.
Quando il prodotto non necessita di spruzzatura a freddo, la spaziatura delle bottiglie nella catena del forno di ricottura dovrebbe essere il più possibile ravvicinata senza influenzare il ciclo termico e il ciclo termico del vento nel forno. In genere, 15~20 mm sono appropriati. Inoltre, dovrebbero essere prese in considerazione anche l'altezza e la forma della bottiglia. Se la bottiglia è più alta, può essere preso il limite superiore della distanza, e se la bottiglia è più corta, può essere preso il limite inferiore. Quando il prodotto necessita di spruzzatura a freddo, la distanza della bottiglia dovrebbe essere basata sulla spruzzatura dell'estremità fredda in grado di spruzzare uniformemente sul corpo della bottiglia.
③ Problemi di ricottura di prodotti con pareti spesse e forme complesse La differenza di temperatura tra gli strati interno ed esterno dei prodotti a parete spessa è ampia. Pertanto, all'interno dell'intervallo di temperatura di ricottura, il tempo di isolamento dei prodotti a parete spessa dovrebbe essere esteso di conseguenza in modo che la temperatura degli strati interno ed esterno dei prodotti possa essere coerente, ma anche la velocità di raffreddamento deve essere rallentata di conseguenza e il tempo di ricottura totale dovrebbe essere esteso. Va notato che l'estensione del tempo di isolamento dei prodotti a parete spessa non è proporzionale allo spessore dei prodotti. Questo perché il carico è maggiore dopo che lo spessore aumenta. Se i prodotti vengono mantenuti a una temperatura più elevata per lungo tempo, sono facili da deformare. I prodotti con forme complesse sono inclini alla concentrazione di stress. Pertanto, dovrebbero utilizzare una temperatura di isolamento relativamente bassa come i prodotti a parete spessa e il tempo di isolamento dovrebbe essere opportunamente esteso. Sia la velocità di riscaldamento che quella di raffreddamento dovrebbero essere lente.
④ Problemi di ricottura di diversi tipi di prodotti nello stesso forno Quando prodotti con la stessa composizione chimica e diversi spessori vengono ricotti nello stesso forno di ricottura, la temperatura di ricottura deve essere determinata in base al prodotto con lo spessore di parete più piccolo per evitare la deformazione di prodotti sottili. Tuttavia, il tempo di isolamento deve essere opportunamente esteso e le velocità di riscaldamento e raffreddamento devono essere determinate in base al prodotto con lo spessore di parete più grande per garantire che i prodotti con pareti spesse non si rompano a causa dello stress termico.
Quando prodotti con composizioni chimiche diverse vengono ricotti nello stesso forno di ricottura, il prodotto in vetro con la temperatura di ricottura più bassa dovrebbe essere selezionato come temperatura di isolamento. Allo stesso tempo, il tempo di isolamento dovrebbe essere esteso in modo che prodotti con diverse temperature di ricottura possano ottenere una buona ricottura.
⑤ Influenza dello stress intrinseco dei prodotti In caso di riscaldamento rapido, oltre a calcolare lo stress temporaneo in base alla differenza di temperatura, è necessario stimare anche l'influenza dello stress intrinseco.