Разновидности и эксплуатационные характеристики бутылочного стекла

(1) Бутылочное стекло должно обладать определенной механической прочностью Бутылочное стекло будет подвергаться различным нагрузкам из-за различных условий использования. Как правило, его можно разделить на прочность на внутреннее давление, стойкость к тепловому удару, механическую ударную прочность, прочность на опрокидывание бутылки, прочность на вертикальную нагрузку и т. д. Однако с точки зрения того, что стеклянные бутылки ломаются, непосредственной причиной почти всегда является механическое воздействие, особенно когда стеклянные бутылки многократно царапаются и ударяются во время транспортировки и наполнения. Поэтому стеклянные бутылки должны выдерживать общие внутренние и внешние нагрузки, вибрации и удары, возникающие во время наполнения, хранения и транспортировки. Прочность бутылочного стекла немного варьируется в зависимости от того, является ли это бутылкой с газом или без газа, одноразовой бутылкой или переработанной бутылкой, но она должна быть безопасной в использовании и не лопаться. Следует не только проверять сопротивление давлению перед отправкой с завода, но также следует учитывать проблему снижения прочности переработанных бутылок во время переработки. По зарубежным данным, после 5 использований прочность снижается на 40% (всего 60% от первоначальной прочности), после 10 использований прочность снижается на 50%. Поэтому при проектировании формы бутылки необходимо учитывать, чтобы прочность стекла имела достаточный запас прочности, чтобы бутылка не «взорвалась» и не травмировала людей.
(2) Факторы, влияющие на механическую прочность бутылочного стекла Неравномерно распределенное остаточное напряжение в бутылочном стекле значительно снижает прочность. Внутреннее напряжение в стеклянных изделиях в основном относится к термическому напряжению, и его существование приведет к снижению механической прочности и плохой термической стабильности стеклянных изделий.
Макро- и микродефекты стекла, такие как камни, пузыри, полосы и т. д., часто вызывают внутренние напряжения из-за несоответствия состава основному стеклу и различных коэффициентов расширения, что приводит к появлению трещин, которые серьезно влияют на прочность стеклянных изделий.
Кроме того, царапины и износ на поверхности стекла оказывают большое влияние на прочность продукта. Чем больше и острее шрамы, тем значительнее снижение прочности. Трещины, образующиеся на поверхности бутылочного стекла, в основном вызваны царапинами на поверхности стекла, особенно поверхностными царапинами между стеклом и стеклом. Для бутылочного стекла, которое должно выдерживать высокое давление, например, пивных бутылок и бутылок из-под газировки, снижение прочности приведет к тому, что продукт разорвется во время обработки и использования, поэтому столкновения, истирание и износ должны быть строго запрещены во время транспортировки и наполнения.
Толщина стенки бутылки напрямую связана с механической прочностью бутылки и ее способностью выдерживать внутреннее давление. Если соотношение толщины стенки бутылки слишком велико и толщина стенки бутылки неравномерна, стенка бутылки будет иметь слабые связи, что повлияет на ударопрочность и сопротивление внутреннему давлению. Национальный стандарт GB4544-1996 "Пивная бутылка" строго устанавливает, что соотношение толщины стенки бутылки составляет<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.

В процессе дезинфекции и стерилизации бутылочное стекло должно выдерживать резкие перепады температур. Когда растягивающее напряжение превышает прочность стекла, оно трескается. Поэтому термостойкость бутылочного стекла должна соответствовать требованиям, иметь определенную степень термостойкости и выдерживать процессы нагревания и охлаждения, такие как мойка и стерилизация.
Основными факторами, влияющими на термостойкость бутылочного стекла, являются следующие.
Коэффициент линейного расширения стекла a сильно меняется с изменением состава, поэтому коэффициент линейного расширения имеет решающее значение для термической стабильности стекла. Чем меньше коэффициент термического расширения стекла, тем лучше его термическая стабильность и тем большую температуру может выдерживать образец, и наоборот. Поэтому любой компонент, который может уменьшить коэффициент термического расширения стекла, может улучшить термическую стабильность стекла, например, SiO2, B2O3, Al2 03, ZrO2, ZnO, Mg0 и т. д. Оксид щелочного металла R20 может увеличить коэффициент термического расширения стекла, поэтому стекло, содержащее большое количество оксидов щелочных металлов, имеет плохую термическую стабильность.
Термостойкость стекла также связана с толщиной изделия. Чем толще стенка стеклянного изделия, тем меньший резкий перепад температур оно может выдержать. При термическом ударе на поверхности стекла возникают сжимающие напряжения, а при быстром охлаждении — растягивающие напряжения. Прочность стекла на сжатие в 10 раз больше его прочности на растяжение. Поэтому при измерении термостойкости стекла эксперимент обычно проводят в условиях быстрого охлаждения.
Закалка может повысить термостойкость стекла в 1,5-2 раза. Это связано с тем, что после закалки на поверхности стекла равномерно распределены сжимающие напряжения, которые могут компенсировать растягивающие напряжения, возникающие на поверхности изделия при его быстром охлаждении.

В процессе эксплуатации изделия из стекла подвергаются коррозии под воздействием воды, кислоты, щелочи, соли, газа, различных химических реагентов и жидких лекарств. Способность стекла противостоять этим видам коррозии называется химической устойчивостью стекла. Различные стеклянные бутылки и банки, как правило, используются в повседневной жизни людей. Для бутылок и банок, содержащих вино, напитки и продукты питания, они должны обладать определенной химической устойчивостью, особенно для бутылок с солевым раствором и ампульных бутылок, используемых в медицине. Требования к химической устойчивости выше, в противном случае компоненты в стекле будут растворяться в жидком лекарстве, и даже произойдет шелушение, нанося определенный вред человеческому организму.
С разработкой стандартов оценки зеленой продукции и совершенствованием технологии испытаний, обнаружение вредных веществ в бутылочном стекле становится все более и более строгим, особенно ЕС часто использует зеленые барьеры для ограничения экспорта китайской продукции, влияя на выход продукции на международный рынок. С этой целью Главное управление по надзору за качеством, инспекции и карантину и Государственное управление по стандартизации добавили допустимые предельные значения мышьяка и сурьмы на основе допустимых предельных значений свинца и кадмия в IS07086-2:2000 "Изделия из полого стекла, контактирующие с пищевыми продуктами--допустимые предельные значения растворения свинца и кадмия" в соответствии с ситуацией в Китае (таблица 2-1).
Факторы, влияющие на химическую устойчивость стекла, следующие.
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 Когда в стекле одновременно присутствуют два оксида щелочных металлов, химическая устойчивость стекла достигает экстремального значения из-за «эффекта смешанной щелочи», и этот эффект более выражен в свинцовом стекле.
③ Когда щелочноземельные металлы или другие двухвалентные оксиды металлов заменяют кремний и кислород в силикатном стекле, химическая устойчивость стекла также снижается. Однако эффект снижения устойчивости слабее, чем у оксидов щелочных металлов. Среди двухвалентных оксидов BaO и PbO оказывают наиболее сильное влияние на снижение химической устойчивости, за ними следуют MgO и CaO.
④ В базовом стекле с химическим составом 100SiO2+(33.3-x)Na2O+xRO(R2O3 или RO2) после замены части Na2O на такие оксиды, как CaO, MgO, AlO3, TiO2, ZrOz и BaO в указанной последовательности порядок водостойкости и кислотостойкости следующий.
Water resistance: ZrO2>AlO3>TiOz>ZnO>MgO>CaO>БаО.
Acid resistance: ZrO2>Al2O3>ZnO>CaO>TiOz>MgO>БаО.
Среди стеклянных составов ZrO₂ имеет лучшую водо- и кислотостойкость, а также лучшую щелочестойкость, но его трудно плавить. BaO не подходит в обоих случаях.
Среди трехвалентных оксидов оксид алюминия и оксид бора также будут иметь явление «борной аномалии» с точки зрения химической стабильности стекла.
В натриево-кальциевом силикатном стекле xNa2O·yCaO·zSiO2, если содержание оксидов соответствует соотношению (2-1), можно получить достаточно устойчивое стекло.
Подводя итог, можно сказать, что любой оксид, способный укрепить структурную сетку стекла и сделать ее цельной и плотной, может улучшить химическую устойчивость стекла; в противном случае он снизит химическую устойчивость стекла.

Бутылочное стекло может эффективно отсекать ультрафиолетовые лучи и предотвращать порчу содержимого. Например, пиво будет давать запах после воздействия света с длиной волны ниже 550 нм (синий свет или зеленый свет), что является так называемым запахом солнечного света. Качество таких продуктов, как вино и соус, также будет ухудшаться после воздействия ультрафиолетовых лучей ниже 250 нм. Немецкие ученые предположили, что фотохимическое действие видимого света постепенно ослабевает от зеленого света к длинным волнам и заканчивается примерно на 520 нм. Другими словами, критическая длина волны 520 нм. Свет короче этой длины волны будет оказывать фотохимическое воздействие на содержимое бутылки, вызывая порчу пива. Поэтому бутылочное стекло должно поглощать свет ниже 520 нм, и коричневые бутылки обладают наилучшим эффектом.
Когда молоко подвергается воздействию света, оно выделяет «легкий запах» и «запах» из-за образования перекисей и последующих реакций. Витамин С и аскорбиновая кислота также восстанавливаются. Витамин А, витамин В2 и витамин D также находятся в схожих ситуациях. Если в состав стекла добавить компонент, который поглощает ультрафиолетовые лучи, но мало влияет на цвет, можно избежать воздействия света на качество молока.
Для бутылок и банок с лекарствами требуется стекло толщиной 2 мм, чтобы поглощать 98% длины волны 410 нм и пропускать 72% при 700 нм, что позволяет предотвратить фотохимические реакции и наблюдать за содержимым бутылки.
За исключением кварцевого стекла, большинство обычных натриево-кальциево-силикатных стекол могут фильтровать большую часть ультрафиолетовых лучей. Натриево-кальциево-силикатное стекло не может пропускать ультрафиолетовый свет (200~360 нм), но может пропускать видимый свет (360~1000 нм), что означает, что обычное натриево-кальциево-силикатное стекло может поглощать большую часть ультрафиолетовых лучей.
Чтобы удовлетворить требования потребителей к прозрачности стеклянных бутылок и банок, лучше всего сделать так, чтобы бутылочное стекло поглощало ультрафиолетовые лучи, не делая его темным. Добавление CeO2 в состав может удовлетворить это требование. Церий может существовать в двух формах, Ce3+ или Ce4+, и оба иона производят сильное поглощение ультрафиолета. Японские патенты сообщают, что стеклянный состав содержит 0.01%~1.0% оксида ванадия и 0.05%~0.5% оксида церия. При воздействии ультрафиолетового света происходит следующая реакция:
Се3++В3+-Се4++В2+
По мере увеличения времени экспозиции доза ультрафиолетового излучения увеличивается, отношение V2+ увеличивается, а цвет стекла становится глубже. Например, саке легко портится под воздействием ультрафиолетового света, а использование цветных стеклянных бутылок влияет на прозрачность, затрудняя наблюдение за содержимым. При добавлении CeO2 и V2O3 стекло становится бесцветным и прозрачным, когда время хранения короткое, а доза ультрафиолетового излучения мала, но когда время хранения длительное, а доза ультрафиолетового излучения слишком высокая, стекло меняет цвет. Глубину изменения цвета можно использовать для оценки продолжительности времени хранения.