أنواع وأداء الزجاجات الزجاجية

(1) يجب أن يكون لزجاج الزجاجة قوة ميكانيكية معينة سيخضع زجاج الزجاجة لضغوط مختلفة بسبب ظروف الاستخدام المختلفة. بشكل عام، يمكن تقسيمها إلى قوة الضغط الداخلي، ومقاومة الصدمات الحرارية، وقوة التأثير الميكانيكي، وقوة إمالة الزجاجة، وقوة الحمل الرأسي، وما إلى ذلك. ومع ذلك، من منظور التسبب في كسر الزجاجات الزجاجية، فإن السبب المباشر هو دائمًا التأثير الميكانيكي، خاصة عندما يتم خدش الزجاجات الزجاجية بشكل متكرر والتأثير عليها أثناء النقل والملء. لذلك، يجب أن تكون الزجاجات الزجاجية قادرة على تحمل الضغوط والاهتزازات والتأثيرات الداخلية والخارجية العامة التي تواجهها أثناء التعبئة والتخزين والنقل. تختلف قوة زجاج الزجاجة قليلاً اعتمادًا على ما إذا كانت زجاجة مملوءة بالغاز أو زجاجة غير مملوءة بالغاز، أو زجاجة يمكن التخلص منها، أو زجاجة معاد تدويرها، ولكن يجب أن تكون آمنة للاستخدام ولا تنفجر. لا ينبغي فقط التحقق من مقاومة الضغط قبل مغادرة المصنع، ولكن يجب أيضًا مراعاة مشكلة تقليل قوة الزجاجات المعاد تدويرها أثناء إعادة التدوير. وفقًا للبيانات الأجنبية، بعد 5 استخدامات، تقل القوة بنسبة 40٪ (60٪ فقط من القوة الأصلية)؛ بعد 10 استخدامات، تقل القوة بنسبة 50%. لذلك، عند تصميم شكل الزجاجة، من الضروري مراعاة أن قوة الزجاج تتمتع بعامل أمان كافٍ لتجنب "انفجار" الزجاجة وإصابة الأشخاص.
(2) العوامل المؤثرة على القوة الميكانيكية لزجاج الزجاجة: إن توزيع الإجهاد المتبقي بشكل غير متساوٍ في زجاج الزجاجة يقلل من القوة بشكل كبير. يشير الإجهاد الداخلي في المنتجات الزجاجية بشكل أساسي إلى الإجهاد الحراري، وسيؤدي وجوده إلى انخفاض القوة الميكانيكية وضعف الاستقرار الحراري للمنتجات الزجاجية.
غالبًا ما تتسبب العيوب الكبيرة والصغيرة في الزجاج، مثل الحجارة والفقاعات والخطوط وما إلى ذلك، في إجهاد داخلي بسبب التركيب غير المتسق مع التركيب الزجاجي الرئيسي ومعاملات التمدد المختلفة، مما يتسبب في حدوث شقوق تؤثر بشكل خطير على قوة المنتجات الزجاجية.
بالإضافة إلى ذلك، فإن الخدوش والتآكل على سطح الزجاج لها تأثير كبير على قوة المنتج. فكلما كانت الندبات أكبر وأكثر حدة، كلما كان الانخفاض في القوة أكثر أهمية. الشقوق المتكونة على سطح زجاج الزجاجة ناجمة بشكل أساسي عن الخدوش على سطح الزجاج، وخاصة الخدوش السطحية بين الزجاج والزجاج. بالنسبة لزجاج الزجاجة الذي يحتاج إلى تحمل الضغط العالي، مثل زجاجات البيرة وزجاجات الصودا، فإن انخفاض القوة سيؤدي إلى انفجار المنتج أثناء المعالجة والاستخدام، لذلك يجب منع الاصطدام والتآكل والتآكل بشكل صارم أثناء النقل والملء.
سمك جدار الزجاجة مرتبط بشكل مباشر بالقوة الميكانيكية للزجاجة وقدرتها على تحمل الضغط الداخلي. إذا كانت نسبة سمك جدار الزجاجة كبيرة جدًا وكان سمك جدار الزجاجة غير متساوٍ، فسيكون لجدار الزجاجة روابط ضعيفة، مما يؤثر على مقاومة الصدمات وأداء مقاومة الضغط الداخلي. ينص المعيار الوطني GB4544-1996 "زجاجة البيرة" بشكل صارم على أن نسبة سمك جدار الزجاجة هي<2:1. The optimal annealing temperature, insulation time and cooling time are different for different bottle wall thicknesses. Therefore, in order to avoid deformation or incomplete annealing of the product and ensure the quality of the bottle, the thickness ratio of the bottle wall should be strictly controlled.

أثناء عملية التطهير والتعقيم، يجب أن يتحمل زجاج الزجاجة تغيرات درجة الحرارة الشديدة. عندما يتجاوز الضغط الناتج عن الشد قوة الزجاج، فإنه سينكسر. لذلك، يجب أن يفي الاستقرار الحراري لزجاج الزجاجة بالمتطلبات، وأن يتمتع بدرجة معينة من مقاومة الصدمات الحرارية، وأن يكون قادرًا على تحمل عمليات التسخين والتبريد مثل الغسيل والتعقيم.
العوامل الرئيسية التي تؤثر على الاستقرار الحراري لزجاج الزجاجة هي كما يلي.
يتغير معامل التمدد الخطي a للزجاج بشكل كبير مع تغير التركيب، لذا فإن معامل التمدد الخطي له أهمية حاسمة للاستقرار الحراري للزجاج. فكلما كان معامل التمدد الحراري للزجاج أصغر، كان استقراره الحراري أفضل، وزادت درجة الحرارة التي يمكن للعينة تحملها، والعكس صحيح. لذلك، فإن أي مكون يمكنه تقليل معامل التمدد الحراري للزجاج يمكنه تحسين الاستقرار الحراري للزجاج، مثل SiO2 وB2O3 وAl2 03 وZrO2 وZnO وMg0، إلخ. يمكن لأكسيد الفلزات القلوية R20 زيادة معامل التمدد الحراري للزجاج، لذا فإن الزجاج الذي يحتوي على كمية كبيرة من أكاسيد الفلزات القلوية له استقرار حراري ضعيف.
كما أن الثبات الحراري للزجاج مرتبط بسمك المنتج، فكلما كان جدار المنتج الزجاجي أكثر سمكًا، كلما كان الفرق المفاجئ في درجات الحرارة الذي يمكنه تحمله أصغر. وعند تعرضه لصدمة حرارية، يتولد إجهاد ضغط على سطح الزجاج، بينما عند تبريده بسرعة، يتشكل إجهاد شد على سطح الزجاج. وتكون قوة ضغط الزجاج أكبر بعشر مرات من قوة شده. لذلك، عند قياس الثبات الحراري للزجاج، يتم إجراء التجربة عادةً في ظل ظروف التبريد السريع.
يمكن أن يؤدي التبريد إلى زيادة الاستقرار الحراري للزجاج بمقدار 1.5 إلى 2 مرة. وذلك لأن سطح الزجاج بعد التبريد يتوزع عليه إجهاد ضغطي موحد، مما يمكنه تعويض إجهاد الشد الناتج عن سطح المنتج عند تبريده بسرعة.

أثناء الاستخدام، تتعرض المنتجات الزجاجية للتآكل بسبب الماء والأحماض والقلويات والملح والغازات والمواد الكيميائية المختلفة والأدوية السائلة. تسمى قدرة الزجاج على مقاومة هذه التآكلات بالثبات الكيميائي للزجاج. تُستخدم زجاجات وعلب زجاجية مختلفة بشكل عام في الحياة اليومية للناس. بالنسبة للزجاجات والعلب التي تحتوي على النبيذ والمشروبات والأطعمة، يجب أن تتمتع بثبات كيميائي معين، وخاصة بالنسبة لزجاجات المحاليل الملحية وزجاجات الأمبولات المستخدمة في الطب. متطلبات الثبات الكيميائي أعلى، وإلا فإن المكونات الموجودة في الزجاج ستذوب في الدواء السائل، وحتى التقشير سيحدث، مما يتسبب في ضرر معين لجسم الإنسان.
مع صياغة معايير تقييم المنتجات الخضراء وتحسين تكنولوجيا الاختبار، أصبح الكشف عن المواد الضارة في الزجاجات أكثر صرامة، وخاصة الاتحاد الأوروبي الذي يستخدم غالبًا الحواجز الخضراء لتقييد تصدير المنتجات الصينية، مما يؤثر على دخول المنتجات إلى السوق الدولية. ولتحقيق هذه الغاية، أضافت الإدارة العامة لمراقبة الجودة والتفتيش والحجر الصحي والإدارة الحكومية للمعايير قيم الحد المسموح بها للزرنيخ والأنتيمون بناءً على قيم الحد المسموح بها للرصاص والكادميوم في IS07086-2:2000 "منتجات الزجاج المجوف التي تتلامس مع الطعام--قيم الحد المسموح بها لذوبان الرصاص والكادميوم" وفقًا لحالة الصين (الجدول 2-1).
العوامل المؤثرة على الاستقرار الكيميائي للزجاج هي كما يلي:
① The water resistance and acid resistance of silicate glass are mainly determined by the content of silicon oxide and alkali metal oxide. The higher the silicon dioxide content, the greater the degree of interconnection between silicon oxide tetrahedrons, and the higher the chemical stability of the glass. As the content of alkali metal oxide increases, the chemical stability of the glass decreases. And as the radius of the alkali metal ion increases and the bond strength weakens, its chemical stability generally decreases, that is, water resistance Li+>Na+>K+.
② عندما يوجد أكسيدان من المعادن القلوية في الزجاج في نفس الوقت، فإن الاستقرار الكيميائي للزجاج يصل إلى قيمة قصوى بسبب "تأثير القلويات المختلطة"، وهذا التأثير أكثر وضوحًا في الزجاج الرصاصي.
③ عندما تحل معادن قلوية ترابية أو أكاسيد معدنية ثنائية التكافؤ أخرى محل السيليكون والأكسجين في زجاج السيليكات، فإن الاستقرار الكيميائي للزجاج سينخفض ​​أيضًا. ومع ذلك، فإن تأثير تقليل الاستقرار أضعف من تأثير أكاسيد المعادن القلوية. من بين أكاسيد ثنائية التكافؤ، يكون لـ BaO وPbO أقوى تأثير في تقليل الاستقرار الكيميائي، يليهما MgO وCaO.
④ في الزجاج الأساسي ذو التركيب الكيميائي 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 أو RO2)، بعد استبدال جزء من Na2O بأكاسيد مثل CaO وMgO وAlO3 وTiO2 وZrOz وBaO بالترتيب، يكون ترتيب مقاومة الماء ومقاومة الأحماض كما يلي.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>باو.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>باو.
من بين تركيبات الزجاج، يتمتع ZrO₂ بأفضل مقاومة للماء والأحماض، فضلاً عن أفضل مقاومة للقلويات، ولكن من الصعب ذوبانه. BaO ليس جيدًا في كلتا الحالتين.
ومن بين أكاسيد ثلاثية التكافؤ، سيكون لأكسيد الألومنيوم وأكسيد البورون أيضًا ظاهرة "شذوذ البورون" من حيث الاستقرار الكيميائي للزجاج.
في زجاج سيليكات الصوديوم والجير xNa2O·yCaO·zSiO2، إذا كان محتوى الأكسيد يلبي العلاقة (2-1)، فيمكن الحصول على زجاج مستقر إلى حد ما.
باختصار، أي أكسيد قادر على تقوية شبكة بنية الزجاج وجعل البنية كاملة وكثيفة، يمكنه تحسين الاستقرار الكيميائي للزجاج؛ وإلا فإنه سوف يقلل من الاستقرار الكيميائي للزجاج.

يمكن لزجاج الزجاجة أن يقطع الأشعة فوق البنفسجية بشكل فعال ويمنع تدهور المحتويات. على سبيل المثال، ستنتج البيرة رائحة بعد تعرضها للضوء بطول موجي أقل من 550 نانومتر (الضوء الأزرق أو الضوء الأخضر)، وهو ما يسمى برائحة ضوء الشمس. ستتأثر جودة الأطعمة مثل النبيذ والصلصة أيضًا بعد تعرضها للأشعة فوق البنفسجية أقل من 250 نانومتر. اقترح العلماء الألمان أن التأثير الكيميائي الضوئي للضوء المرئي يضعف تدريجيًا من الضوء الأخضر إلى الموجات الطويلة وينتهي عند حوالي 520 نانومتر. بعبارة أخرى، 520 نانومتر هو الطول الموجي الحرج. سيكون للضوء الأقصر من هذا الطول الموجي تأثير كيميائي ضوئي على محتويات الزجاجة، مما يتسبب في تلف البيرة. لذلك، يلزم أن يمتص زجاج الزجاجة الضوء أقل من 520 نانومتر، والزجاجات البنية لها أفضل تأثير.
عندما يتعرض الحليب للضوء فإنه ينتج "رائحة خفيفة" و"رائحة" بسبب تكوين البيروكسيدات والتفاعلات اللاحقة. كما يتم تقليل فيتامين سي وحمض الأسكوربيك. كما أن فيتامين أ وفيتامين ب2 وفيتامين د لديهم حالات مماثلة. إذا تمت إضافة مكون يمتص الأشعة فوق البنفسجية ولكنه لا يؤثر على اللون إلى تركيبة الزجاج، فيمكن تجنب تأثير الضوء على جودة الحليب.
بالنسبة للزجاجات والعلب التي تحتوي على أدوية، يلزم وجود زجاج بسمك 2 مم لامتصاص 98% من الطول الموجي 410 نانومتر ونقل 72% عند 700 نانومتر، مما يمكنه منع التفاعلات الكيميائية الضوئية ومراقبة محتويات الزجاجة.
باستثناء زجاج الكوارتز، فإن معظم زجاج الصودا والجير والسيليكا العادي يمكنه تصفية معظم الأشعة فوق البنفسجية. لا يستطيع زجاج الصودا والجير والسيليكا نقل الأشعة فوق البنفسجية (200 ~ 360 نانومتر)، لكنه يستطيع نقل الضوء المرئي (360 ~ 1000 نانومتر)، مما يعني أن زجاج الصودا والجير والسيليكا العادي يمكنه امتصاص معظم الأشعة فوق البنفسجية.
من أجل تلبية متطلبات المستهلكين فيما يتعلق بشفافية الزجاجات والعلب، فمن الأفضل جعل زجاج الزجاجة يمتص الأشعة فوق البنفسجية دون جعله داكن اللون. يمكن أن يؤدي إضافة ثاني أكسيد السيريوم إلى التركيبة إلى تلبية هذا المطلب. يمكن أن يوجد السيريوم في شكلين، Ce3+ أو Ce4+، وكلا الأيونين ينتجان امتصاصًا قويًا للأشعة فوق البنفسجية. تشير براءات الاختراع اليابانية إلى أن تركيبة الزجاج تحتوي على أكسيد الفاناديوم بنسبة 0.01%~1.0% وأكسيد السيريوم بنسبة 0.05%~0.5%. عند التعرض للأشعة فوق البنفسجية، يحدث التفاعل التالي:
سي3++ف3+-سي4++ف2+
مع زيادة وقت التعرض، تزداد جرعة الأشعة فوق البنفسجية، وتزداد نسبة V2+، ويتعمق لون الزجاج. على سبيل المثال، من السهل تدهور الساكي عند تعرضه للأشعة فوق البنفسجية، واستخدام زجاجات زجاجية ملونة يؤثر على الشفافية، مما يجعل من الصعب ملاحظة المحتويات. عند إضافة CeO2 وV203، يكون الزجاج عديم اللون وشفافًا عندما يكون وقت التخزين قصيرًا وجرعة الأشعة فوق البنفسجية صغيرة، ولكن عندما يكون وقت التخزين طويلاً وجرعة الأشعة فوق البنفسجية عالية جدًا، يتغير لون الزجاج. يمكن استخدام عمق تغير اللون للحكم على طول وقت التخزين.