4玻璃包裝材料的特點

　　玻璃是已知最古老的材料之一。人們最早使用的玻璃，來自古羅馬普林尼的《自然史》，的記載在公元前5000年人們就發(fā)現(xiàn)了玻璃。玻璃在中國有著悠久的歷史,隋唐以來就有記載。根據(jù)我國發(fā)現(xiàn)的古玻璃制品和制造工場遺址,表明至少在宋元代已采用吹管吹制中空玻璃包裝容器。但是許多世紀以來，瓶子和餐具一直是用手工吹制的方法生產(chǎn)的。主要靠手工業(yè)工人的技藝制造空心玻璃制品

　　約在公元前1600年，埃及已興起了正規(guī)的玻璃手工業(yè)，當時首批生產(chǎn)的有玻璃珠和花瓶。然而，由于熔煉工藝不成熟，玻璃還不透明，直到公元前1300年，玻璃才能做得略透光線。到公元17～18世紀，蒸汽機問世，機械工業(yè)和化學工業(yè)有了很大發(fā)展，特別是氨堿法制造純堿，使生產(chǎn)實現(xiàn)了連續(xù)性生產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量純凈，因而被稱為純堿，但最大的優(yōu)點還在于成本低廉。1867年索爾維設(shè)廠制造的產(chǎn)品在巴黎世界博覽會上獲得銅制獎?wù)拢朔ū徽矫麨樗鳡柧S法。發(fā)明了以鹽為原料制造純堿的技術(shù)，對玻璃工業(yè)的發(fā)展起了很大的促進作用。19世紀中葉，蓄熱室池爐用于玻璃熔制并發(fā)明了半機械化成型方法。1880～1890年發(fā)明了壓-吹法制造大口瓶和吹-吹法制造小口瓶的成型技術(shù)。1900年出現(xiàn)了第一臺用電動機傳動的制瓶機。1904-1905年，美國M.J.歐文斯創(chuàng)制全自動真空吸料式制瓶機。1915年，滴料供料機問世，使玻璃包裝工業(yè)進入了一個迅猛發(fā)展的時期。1925年，出現(xiàn)了行列式制瓶機，用吹一吹法生產(chǎn)小口瓶。1940年，用壓一吹法制造大口瓶，之后，行列式制瓶機不斷改進。進入20世紀，玻璃容器制造已達到了機械化和自動化的程度?，F(xiàn)在，計算機已廣泛應(yīng)用于玻璃生產(chǎn)線的自動控制。

　　我國玻璃發(fā)展也有悠久的歷史，中國古代稱之為璧流璃、琉璃、頗璃，近代也稱為料，是指熔融物冷卻凝固所得到的非晶態(tài)無機材料。從歷史的遺存可以發(fā)現(xiàn)，我國約在公元前8世紀已經(jīng)有了玻璃飾物，中國在三千多年前的西周，玻璃制造技術(shù)就達到了較高的水平。在唐宋時已有使用吹管吹制的中空玻璃容器。

　　我國的玻璃容器生產(chǎn)自1936年秋上海晶華玻璃廠引進了一臺林取-10型的自動制瓶機，用來生產(chǎn)啤酒瓶。開始了中國采用自動成型機，以機械化、連續(xù)自動化大批量生產(chǎn)啤酒瓶的歷史。

　　今天，玻璃已經(jīng)成為現(xiàn)代人們?nèi)粘Ｉ?、生產(chǎn)發(fā)展、科學研究中不可缺少的一類材料，并且它的應(yīng)用范圍隨著科學技術(shù)的發(fā)展和人民生活水平的不斷提高還在日益擴大。

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　　玻璃的什么？玻璃的定義是：玻璃是由熔融物過冷所得的非晶態(tài)固體。因此可以理解為：玻璃是熔融、冷卻、固化的非結(jié)晶（在特定的條件下也可能成為晶態(tài)）的無機物，是過冷的液體。

　　我們知道，玻璃是一種具有許多優(yōu)良性能的材料，它透明、化學穩(wěn)定性好，硬度大，不易磨損，在一定的溫度下具有良好的可塑性……。

　　作為一種材料，不是僅用于包裝容器材料，在儀器、醫(yī)用、電真空與電子、光學、生物、微晶、玻璃纖維、光電子、生態(tài)環(huán)境、核技術(shù)等方面都得到廣泛的應(yīng)用。

　　⑵玻璃的特征

　　正因為玻璃是非晶態(tài)固體是過冷液體，所以它具有以下的特征：

　?、俑飨蛲砸驗椴ＡB(tài)的物質(zhì)的質(zhì)點排列是無規(guī)則的（統(tǒng)計均勻）。當玻璃中不存在內(nèi)應(yīng)力時，其理化性質(zhì)（如硬度、熱膨脹系數(shù)、熱導率、折射率、電導率、彈性模量）在各個方向是的相同的。但是，一旦玻璃中存在了應(yīng)力，結(jié)構(gòu)的均勻性遭到破壞，就會顯示出各向異性，譬如出現(xiàn)明顯的光程差。

　?、诮榉€(wěn)性（亞穩(wěn)定狀態(tài)）這是因為玻璃在急冷過程中黏度急劇增大，質(zhì)點來不及形成晶體的有規(guī)則排列，系統(tǒng)內(nèi)能來不及釋放，而是處于介穩(wěn)狀態(tài)（熱力學因素）。由于常溫下黏度很大，轉(zhuǎn)變成晶體的速率極小，不能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為晶體（動力學因素）。

　　③無固定熔點玻璃態(tài)物質(zhì)由固體轉(zhuǎn)化為液體沒有一個固定的溫度，只有一個溫度區(qū)間（轉(zhuǎn)化溫度范圍，溫度范圍的大小取決于玻璃的化學組成）。在這個溫度區(qū)間內(nèi)，玻璃液由黏性體經(jīng)黏塑性體、黏彈性體逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閺椥泽w。這種漸變的過程正是玻璃有良好的加工性能的基礎(chǔ)，根據(jù)這種性能，調(diào)整玻璃成分或冷卻速率可以控制玻璃成型的時間。

　?、苄再|(zhì)變化的連續(xù)性從熔融態(tài)冷卻成固態(tài)，如果是結(jié)晶體，它的體積或其它物化性質(zhì)會在熔點發(fā)生突變，如水在0℃結(jié)成冰，密度從1g/cm³的水變成密度為0.9 g/cm³的冰。而玻璃液冷卻變成固態(tài)的玻璃時，它的體積（或其它理化性質(zhì)）是逐漸變化的。甚至某些性能（如密度、折射率、黏度等）隨著溫度變化的快慢而變化。

　?、菪再|(zhì)變化的可逆性玻璃由固態(tài)向熔融態(tài)或相反的過程可以多次進行，而不會伴隨新相生成。

　?、切纬刹ＡУ姆椒?/p>

　　制備玻璃態(tài)物質(zhì)的傳統(tǒng)方法是熔體冷卻法。隨著科學技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多新的玻璃形成方法，如氣相和電沉積、真空蒸發(fā)和濺射、溶膠一凝膠等方法。其中有些方法已在實際生產(chǎn)中獲得應(yīng)用，有些還處于不斷的研究和完善階段。這些新的形成方法的應(yīng)用，不僅提高了玻璃的性能，而且也使玻璃態(tài)物質(zhì)的種類得到了豐富。

　　常規(guī)的熔體冷卻法是目前工業(yè)生產(chǎn)普遍采用的方法，用常規(guī)的熔體冷卻法可以獲得硅酸鹽玻璃、硼酸鹽玻璃、磷酸鹽玻璃及重金屬氧化物玻璃等。

　?、炔Ａ再|(zhì)

　?、倥c容器成型密切相關(guān)的性質(zhì)

　　玻璃的成形過程與玻璃的性質(zhì)有著密切的關(guān)系。玻璃的成形性質(zhì)包括玻璃的黏度、表面張力、結(jié)晶性能、熱膨脹性、傳熱性質(zhì)和熱流動性質(zhì)等。下面就其中幾個重要性質(zhì)作扼要說明。

　　a黏度viscosity

　　粘度，度量流體粘性大小的物理量。又稱粘性系數(shù)、動力粘度，記為μ。

　　粘度是衡量流體流動性的指標，表示流體流動的分子間摩擦而產(chǎn)生阻力的大小，有三種表示方法：

　　動力粘度：面積各為1m2并相距1m的兩層流體，以1m/s的速度作相對運動時所產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。單位：Pa·S(帕．秒)

　　運動粘度：動力粘度與同溫度下該流體密度P之比。單位為m2/s

　　恩氏粘度：某濃度下，在恩氏粘度計中流出200ml液體所需時間與20℃流出同體積蒸餾水所需時間之比。

　　黏度是玻璃的重要性質(zhì)之一。玻璃的黏度是溫度的函數(shù)，并屬于非線性的關(guān)系，這個關(guān)系有利于制品的成形。在玻璃制品的成形過程中，要充分地利用玻璃的黏度和溫度的這一關(guān)系。

　　玻璃制品的成形過程可分為兩個階段，即成形階段和定形階段。第一個階段賦予制品以要求的外形（內(nèi)形），第二階段是使第一階段所成的形狀固定下來。

　　通常，玻璃在成形過程第一階段的粘度為102～103帕··秒，第二階段的粘度為105.6帕·秒。對于不同系統(tǒng)的玻璃、不同的制品和不同的成形方法，情況不盡相同。

　　玻璃的黏度與溫度的關(guān)系和玻璃的化學組成有著密切的和復雜的關(guān)系。不同的成形方法要求玻璃具有各不相同的黏度與溫度的關(guān)系。如澆注成形，要求玻璃粘度小，流動性好，機械化高速成形，則要求“短性”玻璃，而在壓制成形時則要求“長性”玻璃。

　　玻璃成形的工作黏度范圍，根據(jù)不同的成形方法、制品的大小和質(zhì)量而不相同。概括地說為102～106Pa·s，一般工業(yè)玻璃其上限為5×102Pa·s或103Pa·s，下限通常為4×107Pa·s。小型玻璃制品，其成形的工作黏度范圍??；大型制品的工作黏度范圍大。

　　“長性”玻璃的黏度—度梯度較“短性”玻璃的小，硬化速度較慢，因此其成形的工作黏度范圍大，成形過程的持續(xù)時間長。在成形過程中如果成形機的結(jié)構(gòu)不可改變，而玻璃制品成形各階段的持續(xù)時間也不能調(diào)整，為了適應(yīng)成形操作的特點與機速的要求，就需要改變玻璃的長短性，即改變玻璃的組成，使之適合。

　　b表面張力

　　表面張力指液體表面任意二相鄰部分之間垂直于它們的單位長度分界線相互作用的拉力。

　　玻璃的表面張力在制品成形過程中有著重要意義。如人工挑料、吹小泡或滴料式供料機，都是借助玻璃的表面張力而形成球形表面的雛形或料滴的。而在拉制玻璃管和玻璃棒時，由于玻璃的表面張力作用才獲得正確的圓柱形體。有些玻璃制品成形后還要進行爆口和燒口，也是借助玻璃的表面張力使鋒利不齊的邊口加熱軟化變圓滑的。

　　玻璃的表面張力取決于玻璃的化學組成和溫度。在一般情況下，溫度升高則玻璃的表面張力降低。熔融玻璃的表面張力比水高3～4倍，與熔融金屬相接近，約為0.15～0.35牛／米(150～350達因／厘米)。

　　c傳熱性質(zhì)

　　玻璃的傳熱方式為傳導和輻射。玻璃制品的成形是熱交換過程，特別是第二階段定形，依賴于玻璃溫度的降低。

　　玻璃是熱的不良導體，其傳導傳熱取決于導熱系數(shù)的大小。玻璃的化學組成和溫度決定了導熱系數(shù)的大小。還應(yīng)該指出，玻璃在成形過程中的傳熱是不穩(wěn)定傳熱。

　　輻射傳熱是玻璃在成形過程中的主要傳熱方式，特別是在300℃以上時，表現(xiàn)尤為明顯。

　　d熱流動性

　　從玻璃的黏度性質(zhì)和傳熱性質(zhì)，不難看出，玻璃的成形過程實質(zhì)上是屬于流變學范疇的問題。而玻璃制品的質(zhì)量在很大程度上取決于成形過程中玻璃的流變狀態(tài)。這種情況不同于常溫的流變學，由于目前對高溫玻璃流變學方面的研究水平所限，還沒有較完整的理論來指導生產(chǎn)。

　?、诓ＡУ拿芏?/p>

　　玻璃的密度是表示玻璃單位體積的質(zhì)量。

　　玻璃的密度與其成分的關(guān)系密切。各種玻璃的密度相差較大。石英玻璃的密度最小，為2.21g/cm³，含有PbO、Bi2O3、Ta2O3、WO2的玻璃密度可達6g/cm³左右。某些防輻射玻璃的密度可高達8 g/cm³。一般醫(yī)用玻璃、瓶罐玻璃、平板玻璃等的密度均在2.5 g/cm³左右。

　　玻璃的密度會隨著溫度的升高而下降，一般的工業(yè)玻璃，當溫度從室溫升到1300℃時，密度下降6%～12%。在彈性變形范圍內(nèi)密度的下降與玻璃的膨脹系數(shù)有關(guān)。

　　玻璃的密度與熱歷史有關(guān)：玻璃從高溫狀態(tài)冷卻時急冷（淬火）比緩冷（退火）的密度低；冷卻速度愈快，偏離平衡密度的溫度愈高，其轉(zhuǎn)變點（Tg）溫度也愈高。

　?、鄄ＡУ臋C械強度

　　玻璃是一種脆性材料，它的機械強度一般用耐壓、抗折、抗張、抗沖擊強度等指標表示。玻璃能得到廣泛應(yīng)用，原因之一就是耐壓強度高，硬度也高，但抗折和抗張強度不高，脆性較大，可采用多種方法，例如退火、鋼化、表面處理與涂層、微晶化、與其它材料復合等，都有可能增加玻璃的抗折強度。

　　影響強度的因素：溫度、組成、玻璃缺陷、表面微裂紋、玻璃中的應(yīng)力、疲勞現(xiàn)象等。

　　玻璃的脆性是指當負荷超過玻璃的極限強度時立即破裂的特性。通常用破壞時所受到的沖擊強度來表示，也可用玻璃的抗壓強度與抗沖擊強度之比來表示。玻璃的脆性除了與組成有關(guān)外，也決定于制品的形狀、厚度、熱處理條件等。所以在設(shè)計瓶型時要考慮避開對強度不利的造型。

　?、懿ＡУ臒釋W性質(zhì)

　　玻璃的熱學性質(zhì)包括熱膨脹系數(shù)、導熱性、比熱容、熱穩(wěn)定性等。熱膨脹系數(shù)是玻璃的一個最重要的熱學性質(zhì)。

　　玻璃經(jīng)受劇烈的溫度變化而不破壞的性能稱為玻璃的熱穩(wěn)定性（ΔT）。玻璃容器尤其是盛裝食品的，在灌裝后要經(jīng)過加熱處理，對其的熱穩(wěn)定性要求就會高些。凡是能降低玻璃機械強度的因素，都能使玻璃人穩(wěn)定性降低。反之亦然。玻璃的熱膨脹系數(shù)越小，其熱穩(wěn)定性就越好。

　?、莶ＡУ幕瘜W穩(wěn)定性

　　玻璃制品在使用過程中要受到水、酸、堿、鹽、氣體及各種化學試劑和藥液的侵蝕，玻璃對這些侵蝕的抵抗能力稱為玻璃的化學穩(wěn)定性。

　　玻璃具有較高的化學穩(wěn)定性，常用于制造包裝容器，盛裝食品、藥液和各種化學制品。

　　在實驗室以及化學工業(yè)的生產(chǎn)過程中，也廣泛采用玻璃設(shè)備，如玻璃儀器、玻璃管道、耐酸泵、化學反應(yīng)鍋等。

　　大多數(shù)工業(yè)用玻璃都能抵抗除氫氟酸以外酸的侵蝕。玻璃的耐堿腐蝕能力較差，高溫下水也能侵蝕玻璃。

　　例如，普通的窗玻璃在長期承受大氣和雨水的侵蝕下，玻璃表面失去光澤，使玻璃變得晦暗，并在表面出現(xiàn)油脂狀薄膜、斑點等受侵蝕的痕跡；光學儀器的各類透鏡在使用過程中，因受周圍介質(zhì)的作用，使光學零件蒙上“霧”狀膜、聚滴薄膜或白斑等，影響透光性和成像質(zhì)量，嚴重時將造成報廢；化學儀器因玻璃受侵蝕而影響分析、化驗結(jié)果；對于安瓿瓶、鹽水瓶，在熱壓滅菌及各種氣候條件下長期與藥液接觸，玻璃就會溶解于藥液中，甚至出現(xiàn)脫片現(xiàn)象。因此，對于任何玻璃制品，都必須具有符合規(guī)定的化學穩(wěn)定性指標。玻璃的化學穩(wěn)定性對玻璃的加工，如磨光、鍍銀、蝕刻以及玻璃制品的存放都有重要的意義；

　　玻璃的化學穩(wěn)定性取決于玻璃的抗蝕能力以及侵蝕介質(zhì)（水、酸、堿及大氣等）的種類和特性。此外，侵蝕時的溫度、壓力等對其也有很大影響。

　?、薏ＡУ碾妼W性質(zhì)

　　在常溫下一般玻璃是電絕緣材料，但是隨著溫度上升，玻璃的導電性迅速提高，特別是在轉(zhuǎn)變溫度（Tg）點以上，導電率有飛躍的增加，到熔融狀態(tài)，玻璃變成電的良導體。

　　利用玻璃在常溫下的低電導率可用來制造照明燈泡、電真空管、氣體放電管、高壓絕緣子、電阻、被覆絕緣導線等，玻璃已成為電子工業(yè)的重要材料。導電玻璃可用于光顯示，如數(shù)字鐘表和計算機等。利用玻璃在高溫下的較高電導率，可以進行玻璃電熔和電焊。玻璃的電導率與成分有關(guān)。

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　　玻璃作為傳統(tǒng)的包裝材料沿用至今，仍是現(xiàn)代包裝的主要材料之一。玻璃以其本身的優(yōu)良特性以及玻璃制造技術(shù)的不斷進步，仍能適應(yīng)現(xiàn)代包裝發(fā)展的需要。歸結(jié)其優(yōu)點有：

　?、俦Ｗo性能優(yōu)良，阻隔性能好。不透氣，不透濕，有紫外線屏蔽性，可加色料改善遮光性，密封性能好。

　　②通透感強，易于造型，可見內(nèi)容物，具有特殊的傳達美化商品的效果。

　　③化學穩(wěn)定性優(yōu)良，無毒無味，耐腐蝕，有效保存內(nèi)裝物。

　?、芗庸ば阅芰己茫瞥傻钠贩N規(guī)格多樣，尺寸精確，還可以根據(jù)需要，制成各種封裝形式的瓶口，適合內(nèi)容物的密封和取存，對產(chǎn)品商品化的適應(yīng)性強。

　　⑤耐熱，耐壓，耐清洗，可高溫殺菌，也可低溫儲藏。

　　⑥可回收復用，成本低，不會造成公害。

　　⑦原料資源豐富，價格便宜。成型性好，加工方便，品種形狀靈活。

　　玻璃用作包裝料也有缺點。傳統(tǒng)的玻璃容器重量／容積比大，耐沖擊強度低，碰撞時易破損，運輸成本高。但現(xiàn)代包裝中，由于裝備和工藝水平的提高，生產(chǎn)薄壁輕量瓶，可以大大提高瓶強度并減少壁厚，這種輕量瓶在商品包裝市場有很大的競爭力。

　　總之，玻璃具有高度的透明性及抗腐蝕性，與大多數(shù)化學品接觸都不會發(fā)生材料性質(zhì)的變化。其制造工藝簡便，造型自由多變，硬度大，耐熱，潔凈、易清理，并具有可反復使用等特點。廣泛用于食品、飲料、醫(yī)藥、化工、化妝品、文化用品等等的液態(tài)、黏稠態(tài)（各種醬料、食品罐頭等）、固態(tài)物體（片劑、粉劑等）的包裝。

　　5玻璃容器的生產(chǎn)工藝

　　⑴玻璃容器的生產(chǎn)工藝過程

　?、俨Ａг嫌糜谥苽洳Ａ浜狭系母鞣N物質(zhì)通稱為玻璃原料。

　　其主要原料大部分是天然的原料：石英、長石、石灰石等；還有化工產(chǎn)品：純堿；碎玻璃；

　　輔助原料，用量不大，但對不同的玻璃獲得某些必要的性質(zhì)和改善熔制狀況的作用很重要：澄清劑、著色劑、乳濁劑、氧化劑、助熔劑等等。

　　根據(jù)對玻璃容器盛裝不同的內(nèi)容物，還要調(diào)整選用的原料，改變玻璃的組成，達到調(diào)整性能控制生產(chǎn)。

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　　按玻璃的生產(chǎn)方式有；

　　1)手工生產(chǎn)，2）半自動化生產(chǎn)，3)自動化生產(chǎn)。

　　手工生產(chǎn)所有作業(yè)均系手工做，因此單位作業(yè)時間生產(chǎn)量不大，而整個作業(yè)循環(huán)取決手工人的技巧和能力。適合做批量很小，個性化要求的產(chǎn)品

　　半自動化生產(chǎn)大部分作業(yè)均出機器完成，如果提高機器的自動化程度，則制瓶生產(chǎn)率也隨之提高，因此半自動化生產(chǎn)適用于生產(chǎn)大批單一制品。

　　自動化生產(chǎn)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都不需要工人的任何干預(yù)，作業(yè)是自動進行的，而且相互聯(lián)系綜合構(gòu)成一個完整的循環(huán)。由于生產(chǎn)是全部自動化的，適合大批量的產(chǎn)品。

　　按制作容器的成型方法有：

　　1)壓制法，2）壓吹法，3）吹制法。4）拉制成型（管制瓶）

　　壓制法利用沖頭把玻璃料壓入到模身，沖頭和口模構(gòu)成的封閉空腔內(nèi)

　　壓吹法系用二個作業(yè)循環(huán)生產(chǎn)制品。首先用壓制法制作成容器的雛型，然后在成型模中將之制成制品的最終形狀。吹制法只借助壓縮空氣的作用吹制制品。初型和成品都是用壓縮空氣吹制而成

　　拉制成型有些小型玻璃容器，如藥用管制抗生索瓶、管制口服液瓶和安瓿等，都是以玻璃管為坯料加工制成的。

　　管制玻璃容器加工成型的一般過程是：

　　選管→清洗→預(yù)燒→拉伸或瓶口、頸肩部成型→切斷→底部成型→退火→檢驗→包裝入庫。