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包装材料学

第29讲玻璃的热性能与力学性能

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第29讲玻璃的热性能与力学性能

玻璃的热性质

•热膨胀性：线膨胀、体膨胀

•导热性

•热冲击强度

力学性质

•玻璃的强度及其影响因素

•玻璃瓶罐的强度指标：抗冲强度、内压强度、垂直载荷强度、翻倒强度

第29讲玻璃的热性能与力学性能

一、玻璃的热膨胀性

1、线膨胀系数和体膨胀系数

玻璃的线膨胀系数用α表示，用下式定义：

1(ll)

0



lT

0

玻璃的体膨胀系数用β来表示，由下式定义：

1(VV)

0

VT

0

2、热膨胀系数的影响因素

主要取决于玻璃的化学组成，并受所处的温度范围及玻璃热性能的影响。

第29讲玻璃的热性能与力学性能

一、玻璃的热膨胀性

3、玻璃热性能与线膨胀系数的关系

玻璃的线膨胀系数影响玻璃的稳定性以及玻璃的熔化、冷却和成型性。

玻璃的热稳定性，常以所能承受的温度差△T来表示。根据玻璃的热膨胀系数

α来估算玻璃的热稳定性：

-6

α×△T=1150×10

由上式可见，玻璃的α越小，玻璃耐温度变化性能越好。

在玻璃熔制工艺中，两种玻璃的热膨胀系数差值△α＜3×10-7K-1时，才可以互

熔或互接，否则冷却后易炸裂。

第29讲玻璃的热性能与力学性能

二、玻璃的热冲击强度

热冲击破裂抗热冲击强度

玻璃由于受急冷或急热作用而在玻璃瓶壁上产生拉应力或压应力，当产生的

最大应力值超过玻璃的抗拉或抗压强度时，导致瓶壁破裂。破裂时的应力。

当瓶外侧受到急热或急冷作用时：

受热时体积由内向外膨胀，外侧压应力耐压强度

＞

＞

受冷时体积由外向内收缩，外侧拉应力抗张强度

所以，当温差相同时，受冷时玻璃容器易破裂！

第29讲玻璃的热性能与力学性能

二、玻璃的热冲击强度

Moody结论：玻璃容器一侧因急冷所产生的拉应力相当于在另一侧受急热后

产生的压应力的2倍，（假定两侧温差相同），因此玻璃瓶承受降温的能力仅

为升温时的1/2。

热冲击强度与容器壁厚的关系：

当玻璃的种类一定时，由于急冷而在玻璃瓶上产生的张应力S与容器壁厚δ的平方根

和温度差的积成正比，并且与瓶型有关：

S3.5T

当温差一定时，玻璃壁厚越大，越容易破裂，抗热冲击强度越差！

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三、玻璃的强度及其影响因素

玻璃的强度：

理论强度：根据玻璃各组分之间的健强度计算出来的理想强度值。

实际强度：对玻璃的实测强度。

玻璃的实际强度一般仅为理论强度的1/300~1/100（仅有32.7~98MPa）。

造成两者差别如此之大的主要原因由于玻璃表面存在大量微裂纹，内部存在各

种缺陷和微不均匀区域等。

影响玻璃强度的主要因素：

（1）缺陷制造过程中的缺陷如气泡、微不均匀区