Thành phần và nguyên liệu của chai thủy tinh

Có nhiều cách để phân loại thành phần của thủy tinh chai. Theo hàm lượng oxit khác nhau của thủy tinh chai, có thể chia thành thành phần thủy tinh soda-vôi, thành phần thủy tinh canxi cao, thành phần thủy tinh nhôm cao, nhưng cách phân loại này không nghiêm ngặt. Ví dụ, hàm lượng Ca0 là thành phần canxi cao, và hàm lượng Al2O3 là thành phần nhôm cao. Rất khó để thiết lập một ranh giới rõ ràng. Ở đây chỉ để thuận tiện cho việc nghiên cứu và giải thích.
Theo các mục đích sử dụng khác nhau của chai thủy tinh, các thành phần của chai thủy tinh cũng có thể được chia thành các thành phần chai thủy tinh bia, các thành phần chai thủy tinh rượu, các thành phần chai thủy tinh đóng hộp, các thành phần chai thủy tinh y tế và các thành phần chai thủy tinh nguyên liệu thuốc thử và hóa chất. Theo yêu cầu về hiệu suất của thủy tinh cho các mục đích sử dụng khác nhau, các thành phần thủy tinh nên được thiết kế theo cách có mục tiêu để giảm chi phí.
Phương pháp phổ biến hơn ở Trung Quốc là phân chia các loại thành phần thủy tinh theo màu sắc. Người ta thường chia thành vật liệu có màu trắng cao (Fe2 O3< 0.06%), bright material (ordinary white material), semi-white material (light blue material Fe2O3<0.5%), color material, and milky white material. Common high-white materials are generally used for high-end wine bottles and cosmetic bottles; semi-white materials are used for canned bottles, which contain a certain amount of Fe2 O3, mainly used to absorb ultraviolet rays, containing Fe2 O3 <0.5%, and the ultraviolet limit is below 320nm. Beer bottles are green or amber, and the absorption limit is about 450nm.

Thành phần thủy tinh chai soda-vôi dựa trên hệ ba thành phần SiO2-CaO-Na2O có thêm Al2O3 và MgO. Điểm khác biệt so với thủy tinh phẳng là hàm lượng Al2O3 trong thủy tinh chai tương đối cao, hàm lượng CaO cũng tương đối cao và hàm lượng MgO tương đối thấp. Bất kể loại thiết bị đúc nào, cho dù là chai bia, chai rượu hay chai đóng hộp, loại thành phần này đều có thể sử dụng và chỉ cần tinh chỉnh một số thành phần theo tình hình thực tế. Thành phần của nó (phần khối lượng) dao động từ: SiO270% đến 73%, Al2O3 2% đến 5%, Ca07,5% đến 9,5%, MgO1,5% đến 3%, R2O13,5% đến 14,5%. Loại thành phần này có đặc điểm là hàm lượng nhôm vừa phải. Có thể sử dụng cát silic chứa Al2O3 hoặc có thể đưa oxit kim loại kiềm vào bằng cách sử dụng fenspat để tiết kiệm chi phí. Lượng Ca0+MgO tương đối cao, tốc độ làm cứng tương đối nhanh để thích ứng với tốc độ máy cao hơn. Một phần MgO được sử dụng để thay thế CaO để ngăn thủy tinh kết tinh trong lỗ dòng chảy, kênh vật liệu và bộ nạp. Al2O3 vừa phải có thể cải thiện độ bền cơ học và độ ổn định hóa học của thủy tinh.

Tỷ lệ MgO và CaO trong thủy tinh soda-vôi có ảnh hưởng lớn đến tốc độ nóng chảy và hiệu suất kết tinh của thủy tinh. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi tỷ lệ MgO/CaO là 0.49~0.50, nằm ở điểm eutectic thấp của sơ đồ pha hệ nhị phân MgO-CaO, tốc độ nóng chảy của thủy tinh là nhanh nhất, nhiệt độ giới hạn trên của quá trình kết tinh thủy tinh là thấp nhất và xu hướng kết tinh là nhỏ.

Thành phần canxi cao là thành phần thủy tinh chai truyền thống. Vào những năm 1970, Nhật Bản đã cải tiến thành phần hệ thống canxi natri thành thành phần canxi cao để đáp ứng nhu cầu đúc tốc độ cao. Hiện tại, thành phần thủy tinh canxi cao là hệ thống thành phần chính của thủy tinh chai, và thành phần của nó (phần khối lượng) nằm trong khoảng từ: SiO270%^~73%, CaO9.5%~11.6%, R2013.5%~15%.
Các đặc điểm chính của thủy tinh có hàm lượng canxi cao như sau.
1. Giảm sự đa dạng của nguyên liệu thô và đơn giản hóa quá trình chế biến và đóng gói nguyên liệu thô.
2. Cho thêm CaO, dùng đá vôi dạng hạt có kích thước hạt khoảng 1,5mm làm nguyên liệu, phản ứng với cát silic ở nhiệt độ thấp, có lợi cho quá trình nóng chảy; ở nhiệt độ cao, Ca0 có thể làm giảm độ nhớt, có lợi cho quá trình làm trong.
Việc tăng tốc độ đông cứng của thủy tinh có lợi cho việc tăng tốc độ máy và giảm các khuyết tật khác nhau trong quá trình đúc.
Không sử dụng MgO để ngăn kính rơi ra.
Thủy tinh canxi cao dễ kết tinh, pha tinh thể chính là wollastonite. Nếu nhiệt độ của kênh vật liệu và bộ nạp dao động, dễ tiếp cận nhiệt độ kết tinh và kết tinh. Trong trường hợp nghiêm trọng, bát vật liệu sẽ bị tắc, do đó nhiệt độ phải được kiểm soát chặt chẽ.

Nhôm cao cũng là một thành phần truyền thống của thủy tinh chai. Rất khó để xây dựng một phạm vi thành phần rõ ràng cho thủy tinh nhôm cao. Người ta thường tin rằng hàm lượng Al2O3 là hơn 6% và một số người cho rằng hàm lượng Al2O3 phải là hơn 9%. So với thủy tinh soda-vôi và thủy tinh soda-vôi, có thể hợp lý hơn khi sử dụng 6% Al2O3 để phân biệt thủy tinh nhôm cao. Nếu phân chia mịn hơn, thủy tinh nhôm cao cũng được chia thành loại nhôm cao canxi cao natri thấp và loại nhôm cao soda-vôi.
Đặc điểm của kính nhôm cao là có thể sử dụng đá, chất thải và xỉ chứa nhôm và kiềm, chẳng hạn như nepheline, phonolite, perlite, chất thải granit, chất thải tantali-niobi, v.v., đặc biệt là lithium và flo, làm cho kính dễ nóng chảy và trong. Nhìn chung, nguyên liệu nhôm cao sẽ mang nhiều tạp chất như Fe2O3 và TiO2 vào thành phần thủy tinh, vì vậy chỉ có thể sử dụng cho vật liệu bán trắng và xanh.
Tác động lớn nhất của các thành phần nhôm cao đến tính chất của thủy tinh là làm tăng độ nhớt của thủy tinh, và ở cùng độ nhớt, nhiệt độ tương ứng tăng lên. Sự thay đổi nhiệt độ của độ nhớt thủy tinh khi 1% Al2O3 thay thế SiO2 được thể hiện trong Bảng 2-3. Một số doanh nghiệp trong nước áp dụng phương pháp tăng hàm lượng CaO và Mg0 trong thủy tinh nhôm cao để giảm độ nhớt nhiệt độ cao và nhiệt độ nóng chảy của chất lỏng thủy tinh. Đồng thời, có lợi cho việc làm trong thủy tinh, tăng sản lượng và cũng giúp tăng tốc độ máy.

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ tạo hình, nhiệt độ làm mềm và nhiệt độ ủ của kính nhôm cao đều tăng, tốc độ đông cứng tăng, bề mặt kính dễ xuất hiện gân và sọc sóng, độ đồng đều của thành chai khó kiểm soát, độ đồng đều của đường cắt vòng giảm. Do đó, tốt nhất là thêm chất hoạt động bề mặt vào kính nhôm cao để giảm sức căng bề mặt của kính, để các sọc trong kính nhôm cao dễ khuếch tán và đồng nhất, từ đó thu được chất lỏng thủy tinh có chất lượng tốt hơn. Kính nhôm cao dễ kết tinh, đặc biệt là kính nhôm cao có hàm lượng CaO cao và hàm lượng R2O thấp. Một số nhà máy đã gặp phải tình trạng kết tinh trong lỗ dòng chảy và chặn lỗ dòng chảy, ngừng sản xuất. Khi sử dụng công thức nhôm cao, kênh vật liệu cũng dễ kết tinh. Do đó, kênh vật liệu phải có biện pháp cách nhiệt tốt hơn và phương tiện gia nhiệt hoàn hảo. Ngoài ra, tính ổn định hóa học của kính có hàm lượng nhôm cao, chẳng hạn như khả năng chống nước và chống kiềm, cũng giảm đôi chút, trong khi cường độ nén được cải thiện đôi chút.
Kính nhôm cao cấp có độ bền cao và khả năng chống xói mòn nước mạnh. Tuy nhiên, chất lỏng thủy tinh chứa công thức nhôm cao cấp không có lợi cho quá trình làm trong và đồng nhất do độ nhớt cao, đặc biệt là khi chất làm trong được sử dụng không đúng cách, sẽ có hậu quả bất lợi. Do một số vấn đề trong việc kiểm soát sản xuất và chất lượng của kính nhôm cao cấp, một số nhà máy trong nước ban đầu sử dụng các thành phần nhôm cao cấp với mục đích thay thế kiềm đã chuyển sang các thành phần thủy tinh vôi soda hoặc canxi cao khi nguồn cung cấp tro soda trên thị trường trở nên đủ. Tuy nhiên, các nhà máy riêng lẻ đã nắm vững các điều kiện sản xuất kính nhôm cao cấp và vẫn sử dụng các thành phần nhôm cao cấp.