trạng thái, tính chất của thủy tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 11Thổi thuỷ tinh...  Khả năng tạo hình của khối thủy tinh ở trạng thái dẻo có liên quan trước hết với sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ.. KHOA HÓA H

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐẠI HỌC BÀ RỊA – VŨNG TÀU

Vật liệu silicat

Giảng viên: Ths Nguyễn Quang Thái

THỦY TINH

Chương 1:

TRẠNG THÁI VÀ

TÍNH CHẤT CỦA THỦY TINH

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

3

 Quy trình sx thủy tinh : CN nấu chảy

Cân trộn phối liệu Nấu chảy : T = 1400 -1500oC Tạo hình: T = 1000 -1200oC

Hoàn chỉnh sp : mài, đánh bóng

Gia công nguyên liệu

Ủ : T = 500 -600oC

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 5

1-Cân trộn phối liệu

2-Lò nấu thủy tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 7

Ép dập

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 9

Ép dập

Nấu thuỷ tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 11

Thổi thuỷ tinh

Thổi thuỷ tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 13 4-Ủ : sau khi tạo hình  Vùng-chậm => Khử ứng suất

5-Kiểm tra

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

15

6-Đóng gói

Cốc ly

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

17

Chai lọ

Thủy tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 19

Kéo sợi

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM 21

Dụng cụ thí nghiệm

Bình phản ứng

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

23

Thủy tinh pha lê

Độ nhớt

 Độ nhớt của chất lỏng được biểu hiện ở khả năng chống lại sự dịch chuyển tương đối của các phần tử trong chất lỏng đó.

 Đặc điểm của hệ tạo thủy tinh là có độ nhớt rất lớn Ở nhiệt độ nấu cao nhất độ nhớt của thủy tinh vào khoảng 102poise (102P).

 Khả năng tạo hình của khối thủy tinh ở trạng thái dẻo

có liên quan trước hết với sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ

2 Tính chất của thủy tinh.

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Nếu khảo sát trên hệ trục lgη – t0 ta sẽ có biểu đồ biểu thị sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ:

Sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ

to



 Điểm 1: Điểm nấu chảy và tinh luyện, ứng với η = 102 p ứng với nhiệt độ cao nhất khi nấu thủy tinh Dùng để so sánh thủy tinh này với thủy tinh kia.

 Điểm 2: Điểm bắt đầu làm việc ứng với η = 103 p ứng với

nhiệt độ mà tại đó thủy tinh giữ được hình dáng của mình trong một thời gian ngắn nhất

 Điểm 3: Điểm nổi, ứng với η = 104 p gọi là điểm nổi

 Điểm 4: Điểm chảy ứng với η = 105 p là điểm cho biết một cách định hướng khoảng nhiệt độ của thủy tinh trên máy kéo Danner hoặc kéo đứng sản xuất kính tấm

Một số điểm nhớt đặc trưng:

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 Điểm 5: Điểm mềm, η = 107,65 p hay còn gọi là điểm Littleton Ứng với nhiệt độ mà tại đó sợi thủy tinh dài 23,5 cm, d = 0,55-0,77mm treo trong lò chuẩn có tốc

độ nâng nhiệt không đổi sẽ kéo dài bằng trọng lượng của mình 1mm/phút.

 Điểm 6: Điểm làm lạnh trên η = 1013 p ứng với nhiệt

độ mà tại đó ứng suất của thủy tinh mất hoàn toàn trong 15 phút.

 Điểm 7: Điểm làm lạnh dưới η = 1014.5 p, ứng với

nhiệt độ tại đó mà ứng suất của thủy tinh giảm 10% sau 15 phút.

 Sau giai đoạn này sản phẩm thủy tinh được hình thù cơ bản lúc đó độ nhớt cũng phải tăng kịp thời để đảm bảo giai đoạn định hình.

 Chúng ta có thể tạo hình sản phẩm khi nhiệt

độ ứng với khoảng độ nhớt 103- 109 p

Nhận xét:

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Cùng một ôxyt khi đưa vào các thủy tinh có thành phần hóa khác nhau nó sẽ làm cho độ nhớt những thủy tinh đó biến đổi theo các qui luật và mức độ khác nhau

- Nhóm 1: Gồm SiO2, Al2O3, ZrO2 làm tăng độ nhớt của thủy tinh ở mọi nhiệt độ

- Nhóm 2: Gồm Li2O, Na2O, K2O, PbO làm giảm độ nhớt của thủy tinh ở mọi nhiệt độ

 Đối với thủy tinh công nghiệp có chứa SiO2, Al2O3 ( đến 5%) , CaO đến 17%, MgO đến 5% cùng với CaO, Na2O đến 17%,

Fe2O3 đến 5% có thể đánh giá được ảnh hưởng của từng cấu

tử đến độ nhớt theo sự thay đổi nhiệt độ ứng với cùng một độ nhớt khi thay 1% ôxyt này bằng 1% ôxyt khác

Sự biến đổi độ nhớt theo thành phần hóa của thủy tinh.

Thứ tự thay

thế

Giới hạn thay thế( % khối lượng )

Sự thay đổi tính bằng 0 C đối với lgη

3 4 5 6,5 7 8 9 10 11 12 13

SiO2-Al2O3 0-5 +6 +6 +6 +4,5 +4,4 +4,3 +4,0 +3,0 +3,5 +3,5 +3,5 SiO2-Na2O 10-17 -25 -16 -15 -12,5 -11,5 -9,5 -9,5 -9,5 -9 -8,5 -8

SiO2-CaO 6-17 -16 -10 -6 - - -

-Na2O-Al2O3 0-5 +29 +24 +22 +16,5 +15,5 +14,5 +13,5 +18 +12,5 +12 +11,5

Na2O-CaO 6-16 +7 +7 +7 +11,5 +11,5 +11,5 +11,5 +11,8 +11,5 +11,5 +11,5 CaO-Al2O3 0-5 +21 +16 +13 - - - -

Na2O-K2O 0-5 +11 +8 +7 - - -

-Sự thay đổi nhiệt độ cần thiết để giữ độ nhớt cố định.

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

M.V Ôkhôtin đã nghiên cứu và đưa ra phương pháp tính toán độ nhớt của thủy tinh silicat chứa từ:

12-16% Na2O; từ 5-12% CaO ; từ 2-5% MgO; và Al2O3như sau:

Nếu kí hiệu:

- hàm lượng Na2O là X;

- tổng( CaO+3%MgO) là Y;

- lượng Al2O3 là Z;

- lượng SiO2 sẽ là [100-(X+Y+Z)]

Tính nhiệt độ nấu thủy tinh

Nhiệt độ t0C tương ứng với độ nhớt từ 103 – 1013 p có thể tính bằng công thức và từ đó xây dựng đường cong nhớt

t0C = a X + b Y + c Z + dTrong đó a, b, c, d là các hằng số cho trong bảng sau:

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Khi hàm lượng MgO lớn hơn hay nhỏ hơn 3% sẽ hiệu chính nhiệt độ theo bảng sau:

Ví dụ 1: Tính toán và thiết lập đường cong nhớt của thủy tinh

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

 Khi lgη = 5

t0

5C = -15,37 14,9 -6,25.(6,7+3) + 5 1,9 + 1194,27 + 1,1 5 =9190C

Khi lgη = 7

t0

7C = -10,36 14,9 -1,18 (6,7+3) + 4,35 1,9 +910,96 + 1,1 2,6 = 7570C

 Khi lgη = 9

t0

9C = -2,05 14,9 -2,3 (6,7+3) + 3,6 1,9 + 762,5 + 0 = 760,750C

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ví dụ 2: Tính toán và thiết lập đường cong nhớt của thủy tinh

Khi lgη = 3

t0

3C = -22.87 x 13.5 + (-16.1) x (6.6 + 3) + 6.5 x 0.8 + 1700.4 +

0.6 x 9 +11 = 1248.2350C

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Gồm những tính chất có qui luật biến đổi theo thành phần hóa không phức tạp và có thể tính toán định lượng được.

khối lượng riêng, chiết suất,

hệ số giãn nở nhiệt, hằng số điện môi,

mô đun đàn hồi, nhiệt dung riêng,

hệ số dẫn nhiệt,

độ tán xạ trung bình

Thông thường các tính chất này được tính theo qui tắc cộng.

Nhóm các tính chất đơn giản:

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

gi tính chất riêng phần của cấu tử i ; ai nồng độ cấu tử i

na g a g

a g a

g

G

1

2 2 1

Xác định mật độ của thủy tinh từ thành phần hóa.

ai % khối lượng của ôxyt i ; fi hệ số Baillih của ôxyt i

n n

f

a f

a f

a f

a

a a

a d

1 2

2 1

1

2

1 20

100

KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ví dụ: thủy tinh có thành phần % như sau:

2 27

, 40

100

2 , 3

5 ,

16 3

, 4

10 24

, 2

5 , 73

Xác định hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh theo English và Turner :

ai % khối lượng của ôxyt i ; pi hệ số tương ứng

i i n

n p a p a

p a p

a

1

2 2 1



KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

Ví dụ: thủy tinh có thành phần % như sau:

SiO2 73,5 ; CaO 10 ; Na2O 16,5 Tính hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh: