玻璃瓶成型工艺的小众分析(一)

均匀性是玻璃性质稳定和良好成型操作的基础，所以对玻璃瓶生产至关重要，有必要高度重视及充分的探究。

1、玻璃材料本身的均匀，主要包含温度、成分、结构的均匀。

料滴的温度均匀是圆、方、扁瓶一致的基本条件，供料道均化段的截面温度尽量均匀。工厂都高度重视有的还用九点测温热电偶进行监控。值得一提的是引起温度变化的因素和机理非常复杂以至于难以探究清楚，幸好用强大的数学工具就能简单对付这个“黑箱模型”，运用PID（比例、积分、微分）控制达到我们想要的均匀效果。所以温度控制好首先要感谢牛顿、莱布尼兹（创立了微积分），没有底层的数学工具支持，多少人协同监控都难以达到PID的效果。要想达到温度稳定、均匀，就要对PID进行有效的调整，需对比例、积分、微分有一定的了解，通过PID整定方法整定，网上一搜就一大堆资料，盲目试错不是太可取。一般建厂时供应商会调整到差不多的情况，但是工厂要达到最佳的效果或应对燃料、结构等变化时还是需要掌握PID的整定方法为上策。补充：前面提到“黑箱模型”是数学建模的分类，数学建模是解决生产技术问题的最有效手段之一，有兴趣的推荐姜启源《数学模型》。

成分是决定玻璃性质的因素之一，良好的玻璃成分是好做瓶子、做好瓶子的基本条件。一般是研磨溶解玻璃后用原子吸收光谱仪测试各元素、氧化物的比例。正如配料精确称重的数据分析及相关调整初探文中提到的“从原料批次内的成分差异，化验试剂、检测方法，取样方式再到料方计算公式的近似等都影响到我们最终的成分结果。”一般测出的成分超出文件规定的成分范围时才做料方的调整，有时会出现成分在范围内波动时，制瓶人员就能感觉出变化而作必要的应对调整。这种情况可能需要来料检验、料方计算、成分测试等各方面协同把成分标准指标收敛在较窄的可接受范围，重新形成文件。主要方法有根据《温故而知新 | DOE实验设计学习系列之（三）：多因子DOE的魅力 （附视频）》中的方法进行料方设计和原料化验、玻璃成分检测的spc监控，计算出控制线并根据具体情况制定出成分标准的规格线。在成分稳定的情况下，玻璃熔体成分的均匀性就是非常重要的，混料、投料、熔化对流回流不到位会造成成分的不均匀，低频次的原子吸收光谱成分检测有时候难以观察到变化。这也是产生变化时难以分析、解释的可能情况。

结构是决定玻璃性质的因素之二。成分相同也会有不同的物质结构，像熟知的同素异形体石墨和钻石是相同的成分但是一个极软一个却超硬。更何况玻璃是由复杂的多元相物质构成并与热历史相关。到现在所知，玻璃还有晶子学说、网络学说不同的理论，从机理上还是属于一个“灰箱”。现代材料学的发展不管是在试验设计上进行发现、改进材料，还创立了基于数学模型的计算机预测发现、改进材料的低成本高效率的方法。上面说到原子吸收光谱测玻璃成分是研磨溶解后进行测试的，难以立体的测试表面和内部的各元素的组成进而探究相应的结构。

结构的分析是需要依靠昂贵的设备才能观察到。加之不是生产高端光学、电子玻璃，所以难以显现其特殊的作用。当产品抗冲击、耐内压性能有较大的波动时可以委外分析对比分析一下。下面是委托兰州大学同学EDS设备测试数据，数据表明瓶子与瓶子之间、厂与厂之间玻璃表面的成分存在着较大的差异，当明显的差异又和其他因素偶合时就可能会表现出显著的品质差异。非常值得参考（免费！）

EDS测试玻璃瓶表面的元素百分含量表。

2、玻璃分布的均匀    

一般认为，玻璃瓶的玻璃均匀分布对抗冲击、耐内压指标是比较好的，但不是最佳。因为产品的瓶型不同存在着形状结构强度的差别，应该是玻璃一定的情况下，瓶型结构强度薄弱的地方玻璃厚些，结构强度高的地方玻璃可以薄一些，补强短板才能综合玻璃整体强度尽量实现降低成本需要的轻量化苛刻要求。对瓶型结构强度分析感兴趣的可以进行有限元分析，软件有ANSYS。

在成型环节主要是玻璃粘度变化的过程中通过空气流动强迫玻璃发生变形、扩张最终形成一定厚度的玻璃瓶。成分和结构在成型环节已经确定下来，唯一可变的参数就是温度来改变相应的粘度。模具材料的传热系数、风压、风量、风型、行列机配时等等都是实现调节或影响温度的手段和因子。

上述分析影响玻璃成型工艺的温度、成分、结构三个关键性因素可以由粘度统一起来。粘度是温度、成分、结构的函数或分段函数，一般是分别进行研究探讨。粘度的变化和控制可以影响玻璃的均化时间、成型快慢等关键指标。

一般地，在玻璃原料中增加或加入SiO2、ZrO2和AlO3等氧化物会增大玻璃粘度；而增加或引入Na2O、Li2O、K2O等碱金属氧化物会降低玻璃粘度，在实际生产中，玻璃温度与粘度关系对产品对成型过程起决定性的作用，生产中必须严格遵守玻璃温度-粘度特性曲线。不同厂家、不同颜色、不同成分粘度模型是不同的，可以根据各厂的具体情况进行少量的测试建立非线性方程便于以后生产时使用。