التلدين للزجاج

القوة المؤثرة على مقطع عرضي واحد داخل مادة ما تسمى بالإجهاد الداخلي. ويمكن تقسيم الإجهاد الداخلي للزجاج إلى ثلاث فئات وفقًا للأسباب المختلفة التي أدت إلى تكونه.
(1) الإجهاد الحراري في الزجاج الإجهاد الناتج عن اختلاف درجات الحرارة في الزجاج يسمى الإجهاد الحراري، وينقسم حسب خصائص وجوده إلى إجهاد مؤقت وإجهاد دائم.
1 الإجهاد المؤقت الإجهاد الحراري الناتج عن تعرض الزجاج في نطاق درجة حرارة التشوه المرن بدرجة حرارة أقل من نقطة الانفعال لتغيرات غير متساوية في درجة الحرارة أثناء التسخين أو التبريد يسمى الإجهاد المؤقت. يوجد هذا الإجهاد مع وجود تدرج في درجة الحرارة ويختفي مع اختفاء تدرج درجة الحرارة.
2 الإجهاد الدائم الإجهاد الحراري الذي يبقى في الزجاج بعد اختفاء التدرج في درجة الحرارة بين الطبقات الداخلية والخارجية للزجاج يسمى الإجهاد الدائم. إن توليد الإجهاد الدائم في الزجاج هو نتيجة لاسترخاء الإجهاد ضمن نطاق درجة حرارة الانفعال. من أجل تقليل توليد الإجهاد الدائم، يجب اختيار درجة حرارة التلدين ومعدل التبريد المناسبين وفقًا للتركيب الكيميائي للزجاج وسمك المنتج بحيث تكون قيمة الإجهاد المتبقي ضمن النطاق المسموح به.
(2) الإجهاد البنيوي في الزجاج الإجهاد الناتج في الزجاج بسبب عدم التساوي البنيوي الناتج عن التركيب الكيميائي غير المتساوي يسمى الإجهاد البنيوي. الإجهاد البنيوي هو إجهاد دائم. على سبيل المثال، أثناء عملية ذوبان الزجاج، بسبب ضعف تجانس الذوبان، يتم إنشاء عيوب مثل الخطوط والحجارة. التركيب الكيميائي لهذه العيوب يختلف عن التركيب الكيميائي للزجاج الرئيسي، كما أن معاملات التمدد الخاصة بها مختلفة. بعد أن تصل درجة الحرارة إلى درجة حرارة الغرفة، تتقلص الأجزاء المجاورة ذات معاملات التمدد المختلفة بشكل مختلف، مما يتسبب في إجهاد في الزجاج. لا يمكن القضاء على هذا الإجهاد الناجم عن البنية المتأصلة للزجاج عن طريق التلدين.
(3) الإجهاد الميكانيكي للزجاج الإجهاد الميكانيكي هو الإجهاد الناتج عن قوة خارجية تؤثر على الزجاج، وهو إجهاد مؤقت يختفي باختفاء القوة الخارجية.

التلدين للزجاج هو عملية معالجة حرارية لتقليل أو القضاء على الإجهاد الدائم الناتج في الزجاج أثناء عملية التشكيل أو المعالجة الحرارية وتحسين أداء الزجاج.
وفقًا لسبب تكوين الإجهاد في الزجاج، فإن عملية التلدين للزجاج تتكون بشكل أساسي من عمليتين: تقليل وإزالة الإجهاد؛ ومنع تكوين إجهاد جديد. الزجاج ليس له نقطة انصهار ثابتة. يبرد من درجة حرارة عالية ويتحول من سائل إلى مادة صلبة هشة. يُطلق على نطاق درجة الحرارة هذا نطاق درجة حرارة الانتقال. درجة حرارة الحد الأعلى هي درجة حرارة التليين ودرجة حرارة الحد الأدنى هي درجة حرارة الانتقال. في نطاق درجة حرارة الانتقال، لا تزال الجسيمات الموجودة في الزجاج قادرة على الحركة، أي عند درجة حرارة معينة بالقرب من درجة حرارة الانتقال، يمكن للحفاظ على الحرارة والمعادلة القضاء على الإجهاد الحراري في الزجاج. نظرًا لأن الزجاج عبارة عن جسم لزج مرن في هذا الوقت، على الرغم من أنه يمكن تخفيف الإجهاد، فلن يتغير مظهر المنتج.

(1) درجة حرارة التلدين ونطاق درجة حرارة التلدين للزجاج من أجل القضاء على الإجهاد الدائم في الزجاج، يجب تسخين الزجاج إلى درجة حرارة معينة أقل من درجة حرارة انتقال الزجاج Tg للحفاظ على الحرارة والمعادلة لإزالة التدرج في درجة الحرارة لكل جزء من الزجاج وتخفيف الإجهاد. تسمى درجة حرارة الحفاظ على الحرارة والمعادلة هذه درجة حرارة التلدين. تشير أعلى درجة حرارة تلدين للزجاج إلى درجة الحرارة التي يمكن عندها القضاء على 95٪ من الإجهاد بعد 3 دقائق، وهو ما يعادل نقطة التلدين (n-1012Pa·s)، وتسمى أيضًا درجة حرارة التلدين العليا؛ تشير أدنى درجة حرارة تلدين إلى درجة الحرارة التي يمكن عندها القضاء على 5٪ فقط من الإجهاد بعد 3 دقائق. وتسمى أيضًا درجة حرارة التلدين المنخفضة. يسمى نطاق درجة الحرارة من أعلى درجة حرارة تلدين إلى أدنى درجة حرارة تلدين نطاق درجة حرارة التلدين. يتراوح نطاق درجة حرارة التلدين بشكل عام بين 50 و 150 درجة. أعلى درجة حرارة للتلدين لزجاج الزجاجة هي 550 ~ 600 درجة. في الإنتاج الفعلي، تكون درجة حرارة التلدين المستخدمة عمومًا أقل بمقدار 20 ~ 30 درجة من أعلى درجة حرارة للتلدين. أدنى درجة حرارة للتلدين أقل بمقدار 50 ~ 150 درجة من أعلى درجة حرارة للتلدين. ترتبط درجة حرارة التلدين للزجاج بتركيبته الكيميائية. أي تركيبة يمكنها تقليل لزوجة الزجاج يمكنها أيضًا تقليل درجة حرارة التلدين.

(2) عملية التلدين للزجاج تتضمن عملية التلدين للمنتجات الزجاجية أربع مراحل: التسخين، والحفظ الحراري، والتبريد البطيء، والتبريد السريع. وفقًا لسرعات التسخين والتبريد، ودرجة حرارة الحفظ الحراري ووقت كل مرحلة، يمكن رسم منحنى للعلاقة بين درجة الحرارة والوقت. الشكل 2-35 هو منحنى التلدين.
المرحلة الأولى هي مرحلة التسخين. المهمة الرئيسية هي تسخين المنتج إلى درجة حرارة التلدين. عندما يتم تشكيل المنتج الزجاجي وإرساله إلى فرن التلدين، بسبب انخفاض درجة حرارة المنتج نفسه أثناء عملية التشكيل وعملية النقل، تكون درجة حرارة المنتج أقل عمومًا من درجة حرارة التلدين للزجاج عند دخول فرن التلدين، وخاصة لبعض المنتجات ذات الجدران الرقيقة. لذلك، عندما يدخل المنتج إلى فرن التلدين، يجب تسخين المنتج إلى درجة حرارة التلدين المحددة مسبقًا.

عندما يتم تسخين الزجاج، تتعرض الطبقة السطحية منه لإجهاد ضغطي وتتعرض الطبقة الداخلية لإجهاد شد. ونظرًا لأن قوة ضغط الزجاج تبلغ حوالي 10 أضعاف قوة الشد، فيمكن أن تكون سرعة التسخين أسرع وفقًا لذلك. ومع ذلك، لا يمكن أن يكون مجموع الإجهاد المؤقت الناتج عن تدرج درجة الحرارة والإجهاد الدائم المتأصل أثناء عملية التسخين أكبر من حد قوة الشد، وإلا فسوف ينكسر. في الإنتاج الفعلي، ستؤثر عوامل مثل توحيد سمك المنتجات الزجاجية وحجم وشكل المنتجات وتوحيد توزيع درجة الحرارة في فرن التلدين على التسخين وسرعة التسخين.
يُطلق على التلدين فور تشكيل المنتج التلدين الأولي، ويُطلق على التلدين بعد تبريد المنتج التلدين الثانوي. يعتمد إنتاج منتجات الزجاج في الزجاجات والعلب دائمًا على طريقة التلدين الأولي لدخول فرن التلدين فور تشكيله. بالنسبة لبعض المنتجات ذات الأشكال المعقدة أو سمك الجدار غير المتساوي أو سمك قاع الزجاجة الذي يتجاوز 8 مم، يُحظر تمامًا استخدام فرن التلدين لمرة واحدة للتلدين الثانوي. إذا كانت هناك حاجة إلى إعادة التلدين، فيجب اختيار فرن التلدين الثانوي للتلدين، وإلا فإن المنتجات الزجاجية سوف تنفجر. على سبيل المثال، تنتمي منتجات الملصقات السطحية إلى التلدين الثانوي، ويُستخدم فرن الخبز لتلدين المنتج للتلدين الثانوي. بالنسبة لبعض المنتجات التي تحتاج إلى المعالجة بالتجفيف، إذا كان الإجهاد كبيرًا جدًا بعد التجفيف، يلزم أيضًا التلدين الثانوي للقضاء على الإجهاد.
المرحلة الثانية هي مرحلة العزل، والغرض الرئيسي منها هو القضاء على التدرج في درجة الحرارة الناتج عن التسخين السريع والقضاء على الإجهاد الداخلي الكامن في المنتج. اجعل فرق درجة الحرارة بين درجة حرارة السطح والطبقة الداخلية للمنتج يختفي. في هذه المرحلة، يجب تحديد درجة حرارة التلدين أولاً، متبوعًا بوقت العزل. بشكل عام، تكون درجة حرارة التلدين أقل بمقدار 20 إلى 30 درجة من الحد الأعلى لدرجة حرارة التلدين. بالإضافة إلى القياس المباشر، يمكن أيضًا حساب درجة الحرارة التي تكون فيها اللزوجة 1012 باسكال·ثانية بناءً على تركيبة الزجاج. عند تحديد درجة حرارة التلدين، يمكن حساب وقت العزل وفقًا لـ 70a2 ~ 120a2، أو وفقًا لقيمة الإجهاد المسموح بها.
بشكل عام، بالنسبة للمنتجات ذات الجدران السميكة، يجب أن يكون وقت درجة الحرارة أطول، بحيث يمكن تخفيف الضغط في المنتج بالكامل، وإلا، سيبقى ضغط داخلي كبير في المنتج. بالنسبة للمنتجات ذات الجدران الرقيقة، يمكن أن يكون وقت العزل أقصر بشكل مناسب.
المرحلة الثالثة هي مرحلة التبريد البطيء للمنتج في فرن التلدين. بعد فترة معينة من الحفاظ على الحرارة عند درجة حرارة التلدين، يتم القضاء على الإجهاد الأصلي للمنتج. ولمنع توليد الإجهاد الدائم بعد التبريد، أو لتقليله إلى نطاق الإجهاد المطلوب للمنتج، فإن التبريد البطيء بعد المعادلة ضروري لمنع تكوين الإجهاد الدائم.
المرحلة الرابعة هي مرحلة التبريد السريع للزجاج. يجب أن تكون درجة حرارة بدء التبريد السريع أقل من نقطة إجهاد الزجاج، لأن بنية الزجاج ثابتة تمامًا أسفل نقطة الإجهاد. على الرغم من توليد تدرج درجة الحرارة في هذا الوقت، فلن يتم توليد أي إجهاد دائم. في مرحلة التبريد السريع، لا يمكن توليد سوى إجهاد مؤقت. تحت فرضية ضمان عدم كسر المنتجات الزجاجية بسبب الإجهاد المؤقت، يمكن تبريدها في أسرع وقت ممكن.
في الإنتاج الفعلي، يتم استخدام معدل تبريد أقل. بالنسبة للزجاج العام، يتم أخذ 15% إلى 20% من هذه القيمة، وبالنسبة للزجاج البصري، أقل من 5%.
إن إجمالي وقت التلدين للمنتجات الزجاجية هو مجموع التسخين والحفظ الحراري والتبريد البطيء ووقت التبريد السريع. يجب أن يقتصر معدل التلدين لكل مرحلة على قيمة الإجهاد المسموح بها التي يمكن للمنتج أن يتحملها. أولاً، حدد منحنى التلدين الأكثر ملاءمة عن طريق الحساب، وعادةً ما يتم تعديله في ممارسة الإنتاج. بالنسبة لزجاج الزجاجة! يظهر نظام التلدين في الجدول 2-34.

(3) القضايا التي يجب مراعاتها عند صياغة نظام التلدين يجب ضبط درجة حرارة التلدين لزجاج الزجاجة وفقًا لحجم المنتج ووزنه وتركيب الزجاج ودرجة حرارة فرن المنتج والخصائص الهيكلية لكل فرن تلدين. في الوقت نفسه، يجب أيضًا مراعاة النقاط التالية.
① تأثير فرق درجات الحرارة في فرن التلدين على الرغم من العديد من التدابير الفنية، إلا أن توزيع درجة الحرارة في المقطع العرضي لفرن التلدين لا يزال غير متساوٍ، مما يجعل درجة حرارة المنتج غير متساوية. لذلك، عند صياغة نظام التلدين، يجب تمديد وقت العزل بشكل مناسب، ويجب أن يكون معدل التبريد البطيء أقل من معدل التبريد المقابل لقيمة الإجهاد الدائم المسموح بها فعليًا، وعادةً ما يتم أخذ نصف قيمة الإجهاد المسموح بها للحساب. يجب أيضًا مراعاة تأثير فرق درجات الحرارة في فرن التلدين عند تحديد معدل التسخين ومعدل التبريد السريع.
عندما لا يحتاج المنتج إلى رش بارد، يجب أن تكون المسافة بين الزجاجات في سلسلة فرن التلدين قريبة قدر الإمكان دون التأثير على دورة الحرارة ودورة حرارة الرياح في الفرن. بشكل عام، 15~20 مم مناسبة. بالإضافة إلى ذلك، يجب أيضًا مراعاة ارتفاع وشكل الزجاجة. إذا كانت الزجاجة أطول، يمكن أخذ الحد الأعلى للمسافة، وإذا كانت الزجاجة أقصر، يمكن أخذ الحد الأدنى. عندما يحتاج المنتج إلى رش بارد، يجب أن تعتمد مسافة الزجاجة على قدرة الرش البارد على الرش بالتساوي على جسم الزجاجة.
③ مشاكل التلدين للمنتجات ذات الجدران السميكة والأشكال المعقدة يكون الفرق في درجة الحرارة بين الطبقات الداخلية والخارجية للمنتجات ذات الجدران السميكة كبيرًا. لذلك، ضمن نطاق درجة حرارة التلدين، يجب تمديد وقت عزل المنتجات ذات الجدران السميكة وفقًا لذلك بحيث يمكن أن تكون درجة حرارة الطبقات الداخلية والخارجية للمنتجات متسقة، ولكن يجب أيضًا إبطاء معدل التبريد وفقًا لذلك، ويجب تمديد وقت التلدين الإجمالي. تجدر الإشارة إلى أن تمديد وقت عزل المنتجات ذات الجدران السميكة لا يتناسب مع سمك المنتجات. وذلك لأن الحمل يكون أكبر بعد زيادة السمك. إذا تم الاحتفاظ بالمنتجات عند درجة حرارة أعلى لفترة طويلة، فمن السهل تشوهها. المنتجات ذات الأشكال المعقدة معرضة لتركيز الإجهاد. لذلك، يجب أن تستخدم درجة حرارة عزل منخفضة نسبيًا مثل المنتجات ذات الجدران السميكة، ويجب تمديد وقت العزل بشكل مناسب. يجب أن تكون معدلات التسخين والتبريد بطيئة.
④ مشاكل التلدين لأنواع مختلفة من المنتجات في نفس الفرن عند تلدين منتجات بنفس التركيب الكيميائي وسمك مختلف في نفس فرن التلدين، يجب تحديد درجة حرارة التلدين وفقًا للمنتج ذي أصغر سمك جدار لتجنب تشوه المنتجات الرقيقة. ومع ذلك، يجب تمديد وقت العزل بشكل مناسب، ويجب تحديد معدلات التسخين والتبريد وفقًا للمنتج ذي أكبر سمك جدار لضمان عدم كسر المنتجات ذات الجدران السميكة بسبب الإجهاد الحراري.
عند تسخين منتجات ذات تركيبات كيميائية مختلفة في نفس فرن التسخين، يجب اختيار منتج الزجاج الذي يتمتع بأقل درجة حرارة تسخين كدرجة حرارة عزل. وفي الوقت نفسه، يجب تمديد وقت العزل حتى تتمكن المنتجات ذات درجات حرارة التسخين المختلفة من تحقيق تسخين جيد.
⑤ تأثير الإجهاد المتأصل للمنتجات عند التسخين السريع، بالإضافة إلى حساب الإجهاد المؤقت وفقًا لفرق درجات الحرارة، يجب أيضًا تقدير تأثير الإجهاد المتأصل.