玻璃和陶瓷包装材料

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1、1第四章玻璃和陶瓷包装材料第一节玻璃的结构与性能玻璃包装材料24.1.1概述一、玻璃发展简史二、玻璃的定义和分类1.定义熔融体冷却为固体时，不结晶的无机产物。广义是指物质的一种物理化学状态。介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由有熔融体过冷而得，其结构为短程有序、长程无序。32.组成与分类（1）组成主要是氧化物玻璃，由各种氧化物组成。²玻璃形成体氧化物：可以单独形成玻璃。如SiO2，B2O3，P2O5²改变体氧化物：不能单独形成玻璃，但可以改变玻璃的性质。主要是碱金属氧化物和碱土金属氧化物，如Na2O，K2O，CaO等。²中间体氧化物：在一定条

2、件下可以形成玻璃。如Al2O3，ZnO等（2）分类按组成分：硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铝酸盐玻璃等。按用途分：平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃等。43.玻璃包装材料的特点玻璃包装材料主要是钠-钙-硅玻璃。属硅酸盐玻璃。优点：优良的光学性能；化学惰性和稳定性好；阻隔性能好；抗内压强度高。缺点：抗冲击强度低；重量大；不能承受内外温差的急剧变化；生产耗能大。发展趋向：高强度轻量化。54.1.2玻璃的结构一、晶体的结构晶体结构中，原子、离子或分子的空间排列规则有序。微观尺度（几个原子间距）和宏观尺度（微米、米）上观察，都由最

3、小结构单元（晶胞）重复周期性排列构成。如石英晶体，硅氧四面体排列规则有序，“短程”和“长程”都有很好的重复性和周期性。6二、玻璃的结构玻璃结构中，从几个原子间距的微观尺度来看，原子排列规则有序；但从较长的距离观察，原子排列无规则。这种结构特点称为短程有序、长程无序。如石英玻璃，硅氧四面体排列短程有序、长程无序。78三、钠-钙-硅（Na2O-CaO-SiO2）系玻璃的结构在石英玻璃的硅氧四面体网络结构中，引入Na2O、CaO金属氧化物。使原来互相连接的硅氧四面体网络断裂，“氧桥”（氧原子与2个硅原子相连）变为“非氧桥”（氧原子只与1个硅原子相连

4、），钠、钙离子在非氧桥附近，处于断裂网络形成的空隙中，以平衡氧离子的负电荷。9四、晶体与玻璃的性质热转变：晶体——结晶温度（熔点Tm）；玻璃——玻璃化转变温度Tg。导热性、粘度、X光衍射、加工性能等。104.1.3玻璃的物理性质一、密度密度主要决定于构成玻璃的原子质量、原子堆积和配位数。普通玻璃2.5g/cm3左右。密度最小的石英玻璃2.21g/cm3，特种玻璃可高达8.0g/cm3。二、硬度硬度主要决定于构成玻璃的原子半径、电荷大小和堆积密度。石英玻璃硬度最大。加入钠、钾、铅等离子使玻璃硬度降低。11三、机械强度1.玻璃的理论强度玻璃的理论

5、强度可以由格里菲斯公式计算：其中，E为弹性模量；a为比表面能；l为裂纹长度。裂纹长度按分子间距离代入，玻璃理论强度可达10000MPa，2.玻璃的实际强度但实际抗张强度或抗折强度不到理论强度的1%。原因主要是玻璃结构存在缺陷、组成的不均匀、玻璃表面存在裂纹等。123.多组分玻璃的强度按线性加和关系近似计算：四、粘度1.粘度的概念弹性体受力-变形关系：粘性流体受力-变形关系：132.温度对粘度的影响粘度随温度的变化：其中Q为粘流活化能。实际玻璃组成复杂，需要修正：3.玻璃的料性玻璃的料性是指粘度在10~105Pas范围内随温度变化的快慢。长性

6、玻璃（料性长），粘度随温度变化慢，适合于形状复杂玻璃器皿的成型。短性玻璃（料性短），粘度随温度变化快，适合于形状简单、速度快的制瓶机成型。14五、热性能1.线性热膨胀系数线性热膨胀系数不同组成的玻璃线性热膨胀系数范围为：6.8~15010-7K-1.玻璃的热膨胀系数决定了其抗热冲击性能，即玻璃能承受温度剧变的能力。T=115010-6多组分玻璃的热膨胀系数符合线性加和关系。152.玻璃的导热性玻璃的导热性常用导热系数表示：玻璃是热的不良导体。六、光学性能玻璃具有优异的光学性能。为保护内容物，加入某些过渡金属或稀土金属离子，制成有色玻

7、璃。164.1.4玻璃的化学性质一、玻璃侵蚀机理1.玻璃与水及酸的作用172.玻璃与潮湿空气的作用玻璃表面吸附空气中的水分子，形成OH原子团。玻璃在大气中受到侵蚀的现象叫做风化。3.玻璃与碱的作用碱不仅影响玻璃中的硅酸盐部分，也能侵蚀骨架上的硅氧。结果使玻璃表面全部脱落。玻璃对碱的稳定性远不如对酸和水的稳定性，所以玻璃不宜作为碱性物质的包装容器。184.玻璃的脱片侵蚀使用化学稳定性不良的安瓶，在热压消毒中或长期贮存药品后，因药液对玻璃的侵蚀而产生脱片。19二、玻璃的化学稳定性与组成的关系硅氧四面体越完整，化学稳定性越好。阳离子与非氧桥之间的

8、化学键。三、化学稳定性的测试1.粉末法2.表面法203.加速试验玻璃侵蚀相当缓慢，常用加速试验方法进行测试。换算关系用莱尔方程：其中a、b、c为常数；N为每立升Na