包装材料学刘喜生..doc

第七章 玻璃的结构与性能 §7．1 概 述 一、玻璃发展简史 玻璃是已知的最古老的材料之一。大约在4 500年以前，在美索不达米亚已经发明了玻璃制造技术，主要是制作玻璃珠等装饰品。公元前]500年，埃及人首先用“砂芯”法制造出玻璃容器，这是历史上发现最早的玻璃包装材料。公元前1世纪，叙利亚出现了玻璃吹制技术。公元3世纪，罗马人从叙利亚和埃及移民那里学会了生产玻璃的技术，并建立了庞大的玻璃制造中心和玻璃工厂，在日常的生活用品和建筑中已有相当多的玻璃制品。12世纪到15世纪，玻璃制造中心在威尼斯。公元17一18世纪，蒸气机问世，机械工业和化学工业有了很大发展，特别是发明了以食盐为原料制造纯碱的技术，这些对玻璃工业的发展起了很大的促进作用。19世纪中叶，蓄热室池炉用于玻璃熔制并发明了半机械化成形方法。1905年，欧文斯真空吸料全自动制瓶机研制成功，1915年，滴料供料机问世，使玻璃包装工业进入了一个迅猛发展的时期。1925年，出现了行列式制瓶机，用吹—吹法生产小口瓶；1940年，用压—吹法制造大口瓶，之后，行列式制瓶机不断改进。进人20世纪，玻璃工业已达到了机械化和自动化的程度。现在，计算机已广泛用于玻璃生产线的自动控制。 我国西周时代(公元前8世纪)，已有了玻璃饰物，其化学组成中含有大量的氧化铅和氧化钡，与在埃及发现的古代玻璃迥然不同。后来，由国外传人了玻璃吹制技术，有了现代的玻璃制造业。 在人类的生活、生产、文化和科学技术各方面，玻璃材料曾经并继续起着重要作用。由于玻璃包装材料的优异特性，它是食品工业、化学工业、医药卫生等行业的常用包装材料。平板玻璃也是重要的建筑材料。玻璃材料与容器的生产在国民经济中占有非常重要的地位。 二、玻璃的定义及分类 L定义 “玻璃”一词有两种含义：一是作为一种材料和制品；二是指物质的一种物理化学状态。 广义的玻璃包括无机物和有机物两大类，传统的玻璃是指无机玻璃。ASTM(美国材料试验学会)把玻璃定义为：玻璃是熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。前苏联科学院名词术语委员会的定义为：由过冷熔体制得的无定形物体，不论其化学成分如何，冷凝范围多大，统称为玻璃。我国《硅酸盐辞典》对玻璃下的定义是：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。 2．组成及分类 无机玻璃的种类很多，根据组成可分为元素玻璃、氧化物玻璃、卤化物玻璃、硫属玻璃等等。．工业生产酌商品玻璃主要是氧化物玻璃，它们由各种氧化物组成。 氧化物玻璃的组成主要有：Si02，B203，，P205，，Al2O3，，Li2O，Na2O，K2O，CaO，SrO，BaO，MgO，BeO，ZnO，PbO，Ti02，Zr02等等。其中，Si02，B2O3，，P2O5等可以单独形成玻璃，它们叫做玻璃形成体氧化物；而碱金属和碱土金属氧化物本身不能单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质，它们叫做改变体氧化物；介于二者之间的氧化物，如A1203，、ZnO等，在一定条件下可以成为玻璃形成体的氧化物，叫做中间体氧化物。 根据玻璃形成体氧化物的不同，可以把玻璃分为硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃和铝酸盐玻璃等。由两种以上玻璃形成体氧化物组成的玻璃，则以其含量多少来命名。例如，由SiO2和B2O3，二种氧化物组成的玻璃，当SiO2含量比B2O3，多时，叫做硼硅酸盐玻璃；在SiO2，B2O3，A1203作玻璃形成体构成的玻璃中，如果氧化物含量SiO2B203Al2O3叫做铝硼硅酸盐玻璃；假如Al2O3的含量多于B203而少于SiO2时，则叫做硼铝硅酸盐玻璃。在分类时，也可将一价和二价金属氧化物包括在内，如钠—钙—硅玻璃(Na2O-CaO-SiO2系)，钠—钙-镁—铝—硅玻璃(Na2O-CaO-MgO-Al2O3-SiO2系)等等。还可根据用途把玻璃分为：平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、乳浊玻璃、有色玻璃、玻璃纤维等等。玻璃包装材料主要为钠—钙—硅玻璃系统，包括瓶罐、器皿、医药，乳浊玻璃等。表7—1列出了普通工业玻璃的类型、组成及特征。 表7-1 普通工业玻璃的组成及特征 组 成 类 型 主要组元的重量百分数 SiO2 Na2O CaO Al2O3 B2O3 MgO 主要特征 石英玻璃 硼硅酸盐玻璃 钠钙玻璃 窗玻璃 纤维玻璃 光学玻璃 99.5 81 3.5-4 2.5 12-13 74 12-16 5-10 1-3 1-4 72 14 10 1 2 54