專利名稱：一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法
技術領域：
一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法，其屬于玻璃材料制造領域。
背景技術：
玻璃屬于一種典型的脆性材料，雖然它的抗壓強度和硬度較高，但是它的抗折和抗張強度并不高，并且呈現極大脆性特征，致使其應用受到了一定限制。為了改善玻璃抗折和抗張強度方面的不足，在玻璃制造業中經常采用物理鋼化和化學鋼化進行玻璃強化處理，使其達到機械強度方面的改善和提高。物理鋼化是將玻璃在軟化點溫度以下，其最佳的玻璃黏度范圍在108dpa · S 109dpa · S，通過瞬間對玻璃表面施加冷風方式，使玻璃表面產生快速收縮，形成壓應力，起到玻璃強度增強效果，這種方法是平板玻璃常用機械強度增強方法之一，比如安全玻璃、建筑幕墻玻璃、建筑門窗玻璃、玻璃家俱產品，比較適合厚度2mm以上的簡單形狀的玻璃制品，一般是將平板玻璃原片在鋼化爐內進行鋼化處理，物理鋼化絕大多數采用離線生產工藝，即不是在平板玻璃生產線上直接進行的；化學鋼化是將平板玻璃或其它復雜形狀的玻璃制品，以及超薄玻璃制品，浸入化學鋼化處理液，化學鋼化處理液一般是硝酸鉀為主的熔鹽，將熔鹽加熱至玻璃應變點附近溫度，此時玻璃黏度在 1014 5dPa · s 1013 5dPa · s，玻璃表面的離子具有一定遷移能力，通過熔鹽中的大直徑的鉀離子置換玻璃表面中小直徑的鈉離子，于是玻璃表面產生擠壓效應，形成壓應力，實現了玻璃機械強度提高，適合厚度小于2mm的玻璃制品和形狀復雜的玻璃產品，化學鋼化也屬于離線生產工藝。綜上所述物理鋼化和化學鋼化工藝基本屬于離線生產工藝，基本處于玻璃冷卻之后的再加工生產工藝，不利于節能，增加了工藝環節，增加人力成本和能源消耗，不利于節能減排和增效要求。玻璃管制品屬于玻璃家族中的一類重要的產品形式，以用途分類，包括大直徑光熱發電集熱玻璃管、大直徑化工管道玻璃管、太陽能真空集熱玻璃管、生物醫藥玻璃管、電光源玻璃管、電真空玻璃管，等等。對于上述各類玻璃管同樣需要機械強度方面的安全性要求，在使用過程中滿足耐壓、抗折、抗張、抗沖擊強度要求，對于玻璃管類產品的機械強度提升，幾乎沒有使用物理鋼化方法和化學鋼化方法的，絕大多數玻璃制造企業普遍采用增加管壁厚度的方法來實現的，這樣極大地消耗了玻璃原料，增加了器件或裝置的質量，不符合當今工業制造基本理念，不利于節能減排，因此，本發明創造一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法。
發明內容
本發明目的在于提供一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法，改善和提高玻璃管的機械強度，提高其應用的安全性，同時該強化處理工藝屬于在線工藝，最大限度地節約能源，減少人力成本、簡化生產工藝、減少占地。本發明提供的一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法，其特征在于在玻璃管溫度處于退火溫度點以下溫度，并且玻璃管表面溫度為200°C 600°C時玻璃，在玻璃管外側通過環形超微霧化器，噴涂液體強化介質，強化介質為純凈水以上純度的水、乙烯基三乙氧基硅烷的水溶液、二乙基二氯硅烷的水溶液或者異丁基三乙氧基硅烷水溶液，上述水溶液固含量在15wt% 35襯％且溶劑均為純凈水以上純度的水。純凈水以上純度的水對應的是國家標準分析級度的水。 玻璃管生產包括但是不限于丹納法、維洛法或者垂直引下法所生產的玻璃管。玻璃管包括但是不限于光熱發電集熱玻璃管、化工管道玻璃管、太陽能真空集熱玻璃管、生物醫藥玻璃管、電光源玻璃管或者電真空玻璃管。玻璃管為玻璃管表面溫度為200°C 600°C所對應黏度范圍為1013_°dPa· s 102CldPa · s。每條玻璃管生產線上噴涂液體強化介質用量為15L/小時 30L/小時，霧化的液體粒度小于5微米。每條玻璃管生產線生產能力為3 15噸/小時，所以每條玻璃管生產線上噴涂液體強化介質用量為15L/小時 30L/小時。本發明玻璃管在線強化處理方法，可以滿足水平拉制丹納法、維絡法、垂直向上拉管、垂直引下拉管四種生產工藝。目前，常用的玻璃管生產方法主要是維絡法、丹納法、垂直引下法。丹納法適合生產外徑2mm 70mm的薄壁玻璃管，包括醫藥玻璃管、日光燈管、霓虹燈管等。維絡法適合生產外徑8mm 70mm的厚壁玻璃管，適合生產太陽能真空集熱玻璃管。垂直引下法適合生產50 600mm厚壁玻璃管，用于化工管道及大直徑光熱發電集熱玻璃管。本發明利用玻璃管在拉制生產的徐冷降溫階段，在玻璃管溫度處于退火溫度點以下溫度時，此時玻璃管黏度范圍為1013_°dPa · s 102°dPa · s，在玻璃管外側安裝環形超微霧化器，噴涂液體強化介質，通過環形噴霧構造解決玻璃管圓周方向均勻接受強化介質，超微霧化器目的是使液體強化介質更加均勻，采用退火溫度點以下溫度的目的是抑制玻璃管因接受強化介質不均而出現玻璃管彎曲變形現象發生，甚至影響玻璃管尺寸精度的情況發生，強化介質主要以純凈水或純凈水混配的水溶性有機硅類化合物，霧化的強化介質在玻璃管表面溫度(200°C 600°C )作用下，強化介質在玻璃管表面上發生快速反應，形成與玻璃中的SiO2相似納米級硅膜，也能形成硅氧四面體。借助于玻璃管內的公共硅氧健，將強化介質所形成的納米級硅膜與玻璃中的硅氧四面體聯結起來，首先可以有效彌補玻璃表面的微小裂紋，抑制微小裂紋在使用過程中延展對強度降低的影響；其次也阻絕了因空氣環境中的烴基在玻璃管表面定向吸附效應對強度降低的影響；再者強化介質在玻璃管表面所形成的納米級硅膜具有一定硬度，也可以抑制玻璃管在碼放和運輸導致的表面劃傷；另外， 因為玻璃管在黏度1013_°dPa 102°dPa 時溫度，溫度處于200°C 600°C范圍，強化介質是常溫液體物質，當噴涂在玻璃管表面，也會產生瞬間熱量交換，致使玻璃表面產生快速冷卻，由于其屬于均勻冷卻，玻璃管表面產生均勻壓應力，玻璃管外側的壓應力層厚度控制在壁厚度的15% 35%為宜，表面壓應力光程差值為60nm 265nm。對于同質和同種規格的玻璃管而言，經過在線生產過程中的強化處理后，抗沖擊強度提高50% 180%，具有顯著的效果，解決了玻璃管應用中的安全性提高。
具體實施例方式實施例1
以丹納法生產醫藥玻璃管為例，玻璃材質為低硼硅玻璃，尺寸規格為外經15. 8mm, 壁厚1. 0mm，分別在玻璃管表面溫度200°C、300°C、400°C、500°C、600°C時，進行在線生產過程中玻璃管強化處理工作，采用超微霧化器，霧化顆粒小于5微米，強化處理介質為乙烯基三乙氧基硅烷水溶液，固體含量15wt%，噴涂用量15L/小時，強化處理后玻璃管表面應力值及抗沖擊破損能量，比較例是未強化處理的玻璃管。玻璃管壓應力區域寬度和壓應力值大小測量，采用正交偏光顯微鏡，在顯微鏡的光路中插入全波片(565nm光程差)，在玻璃管截取長度IOmm玻璃環，其切線方向與全波片方向平行放置，依據視場中的顏色寬度判定壓應力區域寬度，依據視場中的玻璃管外側顏色判定壓應力值的大小，暗紅代表15nm，火紅30nm，橙紅60nm，橙黃135nm，亮黃230nm，色 265nm，測量值見表1。玻璃管抗沖擊強度測量采用鉗形擺錘沖擊實驗機，采用玻璃管長度1200mm，玻璃管兩端經過火焰圓口加工處理，避免端部微裂紋影響，支點間距1000mm，實驗機最大沖擊動能為10J/50J(兩檔可調)，測量玻璃管沖擊破損能量。每組測量10支，求平均值，見表1。表1低硼硅醫藥玻璃管在線強化處理對比表
權利要求
1.一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法，其特征在于在玻璃管溫度處于退火溫度點以下溫度，并且玻璃管表面溫度為200°C 600°C時，在玻璃管外側通過環形超微霧化器，噴涂液體強化介質，強化介質為純凈水、純凈水與乙烯基三乙氧基硅烷的水溶液、二乙基二氯硅烷的水溶液或者異丁基三乙氧基硅烷水溶液，上述水溶液固含量在15wt% 35wt%且溶劑均為純凈水。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于玻璃管為丹納法、維洛法或者垂直引下法所生產的玻璃管。
3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于玻璃管為光熱發電集熱玻璃管、化工管道玻璃管、太陽能真空集熱玻璃管、生物醫藥玻璃管、電光源玻璃管或者電真空玻璃管。
4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于玻璃管為玻璃管表面溫度為20(TC 600°C所對應黏度范圍為1013 0dPa · s 1020dPa · s。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于每條玻璃管生產線上噴涂液體強化介質用量為15L/小時 30L/小時，霧化的液體粒度小于5微米。
全文摘要
一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法屬于玻璃材料制造領域。本發明在玻璃管溫度處于退火溫度點以下溫度，并且玻璃管表面溫度為200℃～600℃時，在玻璃管外側通過環形超微霧化器，噴涂液體強化介質，強化介質為純凈水、純凈水與乙烯基三乙氧基硅烷的水溶液、二乙基二氯硅烷的水溶液或者異丁基三乙氧基硅烷水溶液，上述水溶液固含量在15wt％～35wt％且溶劑均為純凈水。本發明目的在于提供一種玻璃管在線生產過程中的強化處理方法，改善和提高玻璃管的機械強度，提高其應用的安全性，同時該強化處理工藝屬于在線工藝，最大限度地節約能源，減少人力成本、簡化生產工藝、減少占地。
文檔編號C03C17/30GK102219392SQ20111011529
公開日2011年10月19日 申請日期2011年5月5日 優先權日2011年5月5日
發明者孫詩兵, 朱滿康, 梁新輝, 田英良, 郭現龍 申請人:北京工業大學