tính chất độ nhớt của thủy tinh

Độ nhớt.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.. Việc đầu tiên là phải tạo cho khối thủy tinh có nhiệt độ th

Chương 2: Các tính chất của

thủy tinh

Các tính chất của thủy tinh thông thường được tính theo qui tắc cộng.

∑

=

= +

+ +

i

i i n

na g a g

a g a

g

G

1

2 2 1

Trong đó G là tính chất cần tính.

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

Ví dụ1: Xác định mật độ của thủy tinh từ thành phần hóa Theo

Baillih:

∑

=

= +

+ +

+ +

+

i n

n

n

f

a f

a f

a f

a

a a

a d

1 2

2 1

1

2

1 20

100

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

Ví dụ:

1 Nếu thủy tinh có thành phần % như sau: SiO273,5 ; CaO 10 ; Na2O 16,5 dùng công thức và bảng số Baillih ta có thể tính mật độ thủy tinh trên:

452 ,

2 27

, 40

100

2 , 3

5 ,

16 3

, 4

10 24

, 2

5 , 73

100

+ +

=

d

+ +

i

i i

n

a p

a p

a

1

2 2

1 Độ nhớt.

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

Việc đầu tiên là phải tạo cho khối thủy tinh có

nhiệt độ thích hợp để tạo thành phôi Phôi phải có độ nhớt thích hợp để thực hiện giai

đoạn đầu tiên là giai đoạn tạo hình

Sự thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ

Ý nghĩa các điểm nhớt đặc trưng

1) Điểm nấu chảy và tinh luyện( Metling point): lgη=2 hay η=102 p Điểm để so sánh các loại thủy tinh với nhau Ứng với nhiệt độ nấu thủy tinh cao nhất

2) Điểm bắt đầu làm việc(Working point): lgη=3 hay η=103 p Ứng với nhiệt độ mà ở đó thủy tinh giữ được hình dáng của mình trong thời gian rất ngắn Thủy tinh trên đầu ống thổi khi tạo hình có độ nhớt η = 103 –

104p

3) Điểm nổi (Einsink punkt): lgη=4 hay η=104p Dietzel đã xác định điểm nhiệt độ ứng với η=104p bằng phương pháp nổi.Thủy tinh có η=104p khi một thanh hợp kim Pt-Rh (80:20) dài 20cm, nặng 0,74g, đường kính 0,05cm chìm đứng trong nó 2cm trong thời gian 72,8 giây ( nếu thanh hợp kim dài 24,1 cm và nặng 0,902g thì mất 60 giây)

4) Điểm chảy ( Flow point): lgη=5 hay η=

nhiệt độ của thủy tinh trên máy kéo Danner hoặc kéo đứng.

5) Điểm mềm( Softening point ) hay còn gọi

với nhiệt độ mà tại đó sợi thủy tinh dài 23,5 cm, đường kính 0,55 -0,77mm treo trong lò chuẩn có tốc độ nung nóng không đổi tự kéo dài bằng chính trọng lượng của mình 1mm/phút.

6) Điểm làm lạnh trên( Annealing point):

đó ứng suất mất hoàn toàn trong 15 phút.

7) Điểm làm lạnh dưới ( Strain point): ):

đó ứng suất giảm còn 10% sau 15 giờ Dưới nhiệt độ này không thể loại trừ ứng suất trong thủy tinh

temperature) Tg : Được xác định bằng phương pháp dilatomet thạch anh và ứng với phần lớn

9) Nhiệt độ biến dạng (Deformation

Là nhiệt độ mà tại đó sản phẩm bắt đầu biến dạng bằng chính trọng lượng của mình Ứng với

Sự biến đổi độ nhớt theo thành phần hóa của

Nhóm 3: Ảnh hưởng đến độ nhớt phức tạp hệ A2BO-SiO2

O-+ Ở nhiệt độ cao và cùng một nhiệt độ các ôxyt kiềm thổ làm tăng độ nhớt theo thứ tự MgO>CaO>BaO.

+ Ở nhiệt độ thấp mà lượng BO ít chúng làm tăng

độ nhớt theo thứ tự ngược lại BaO>CaO>MgO

+ Cũng ở nhiệt độ thấp nhưng hàm lượng BO nhiều chúng làm tăng độ nhớt theo thứ tự CaO>MgO

>BaO

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

Xem trong bảng Sự thay đổi nhiệt độ cần thiết để giữ độ nhớt cố định

Thứ tự

thay thế Giới hạn

thay thế(

% khối lượng )

Sự thay đổi tính bằng 0 C đối với lgη

-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 Al2O3 như sau:

Nếu ký hiệu hàm lượng Na2O là X;

tổng( CaO+3%MgO) là Y;

lượng Al2O3 là Z;

lượng SiO2 sẽ là [100-(X+Y+Z)]

Nhiệt độ T tương ứng với độ nhớt từ 103 – 1013 p

có thể tính bằng công thức và từ đó xây dựng đường cong nhớt

T = a X + b Y + c Z + dTrong đó a, b, c, d là các hằng số Khi hàm lượng MgO lớn hơn hay nhỏ hơn 3% sẽ hiệu chính nhiệt độ

Ví dụ: 1 Tính toán và thiết lập đường cong nhớt của thủy tinh có thành phần % như sau:

SiO2 72 ; Al2O3 1,9 ; Fe2O3 0,1 ; CaO 6,7 ; MgO 4,1 ;

T4 = -17,49 14,9 – 9,95.(6,7+3) + 5,9 1,9 + 1381,4 + 1,1 6

= 1042,26 0 C

Khi lgη = 5

T5 = -15,37 14,9 -6,25.(6,7+3) + 5 1,9 + 1194,27 + 1,1 5

=919 0 C Khi lgη = 7

T7 = -10,36 14,9 -1,18 (6,7+3) + 4,35 1,9 +910,96 +1,1 2,6

= 757 0 C Khi lgη = 9

T9 = -2,05 14,9 -2,3 (6,7+3) + 3,6 1,9 + 762,5 + 0

= 760,75 0 C -

Thành

phần

SiO2 B2O3 Al2O3 Na2O K2O CaO BaO MgO Tổng

% 60.8 1.5 0.8 13.5 7.0 6.6 6.2 3.6 100

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

thủy tinh có thành phần % như sau:

Tính nhiệt độ T ứng với độ nhớt = 103 là:

T = -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

Hệ số giãn nở nhiệt của thủy tinh theo English

và Turner:

∑

=

= +

+ +

i

i i

n

a p

a p

a

1

2 2

Ví dụ 3: Tính toán và thiết lập đường cong nhớt của

thủy tinh có thành phần % như sau:

Tp

hóa SiO2 Al2O3 CaO MgO K2O B2O3 Na2O BaO Tổng

T tinh 63.1 0.7 5.7 3.1 5.8 1.4 14.1 6.1 100