4.2 物流包装中的玻璃材料（课件）《物流包装作业与管理》（水利电力出版社）

4.2 物流包装中的玻璃材料 4.2.1 玻璃的涵义及分类 1.玻璃的涵义 我国《硅酸盐辞典》对玻璃的定义为：介于晶态和液态之间的一种特殊状态，由熔融体冷却而得，其内能和构形熵高于相应的晶态，其结构为短程有序和长程无序。 2.玻璃的构成及其分类 （1）玻璃的构成 本身可以单独形成玻璃的氧化物，称为玻璃形成体（网络形成体）氧化物，如SiO2、B2O3、P2O5等。 本身不能形成玻璃而能改变玻璃性质（或结构）的氧化物，称为改变体（网络外体）氧化物，如Li2O、Na2O、K2O、CaO、MgO、BaO等。 介于这二者之间的，即在一定条件下可以成为玻璃形成体（进入结构网络）的氧化物，称为中间体氧化物，如A12O3、ZnO、PbO等。 （2）玻璃的分类 ●根据构成进行分类时，通常以玻璃形成体氧化物为基础，分为：硅酸盐玻璃、硼酸盐玻璃、磷酸盐玻璃、铝酸盐玻璃等。 ●按照用途和特性进行分类时，可分为平板玻璃、瓶罐玻璃、器皿玻璃、医药玻璃、光学玻璃、电真空玻璃、颜色玻璃、乳浊玻璃、微晶玻璃、玻璃纤维等。 物流包装玻璃，主要为钠—钙—硅玻璃系统，包括瓶罐、器皿、医药、乳浊玻璃等。 4.2.2 包装用玻璃的性质 1.玻璃的一般共性 玻璃的外部特征是坚硬，具有较大的脆性；对一定波长范围的光波透明；破裂时断面呈壳状。其共同的物理性质为： ①各向同性； ②玻璃无固定的熔点； ③玻璃的内能比晶体高，因而处于不稳状态，在一定温度下可能自动析出结晶。 2.玻璃的主要物理化学性质 （1）玻璃的粘度 粘度是指液体内部阻碍其相对流动的特性，是玻璃重要性质之一，粘度是贯穿整个玻璃工艺过程的具有重要影响的因素。 （2）玻璃的结晶 玻璃的结晶与玻璃的形成相反，也称失透，是指玻璃产生微小区域的不均匀而析出晶体物质，失去透明性的现象。除乳浊玻璃和微晶玻璃外，玻璃的结晶不但破坏玻璃的外观和透明性，还会损害玻璃的强度和热稳定性，是必须克服的玻璃缺陷之一。 （3）玻璃的密度 密度是单位体积的质量，国际单位制为kg／m3。玻璃的密度主要与组成和玻璃中原子的质量、堆积密度以及配位数有关系，是表征玻璃结构的一个标志。 （4）玻璃的机械强度、硬度与脆性 ●玻璃的机械强度。玻璃抵抗机械破坏的阻力，一般分为拉伸强度、耐压强度、弯曲强度、冲击强度等。 ●玻璃强度与组成关系。玻璃强度对组成的依从性，相对于其他因素是比较小的。 ●影响玻璃强度的主要因素。除上述玻璃组成对其强度有影响外，主要影响因素如下。 一是，试样尺寸和表面状态。 二是，温度和周围介质。 三是，负荷的增加速度和荷重时间。 ●玻璃强度的提高。消除表面裂纹或者减少表面缺陷，便可以达到提高强度的效果。 ●玻璃的硬度与脆性。硬度可理解为材料抵抗其他物体侵入的能力。按照侵入的方法，可表示为压入硬度、划痕硬度和研磨硬度等。 玻璃受外力作用时，不发生塑性变形而遭到破坏的性质称为玻璃的脆性。 （5）玻璃的热性质 玻璃的热性质包括比热容、热膨胀、热传导和热稳定性。玻璃的热性质对于玻璃的生产与玻璃包装制品的作用具有密切关系。 （6）玻璃的光学性质 ●折射率与色散。 ●玻璃的反射、吸收与透过。 ●玻璃的颜色。 （7）玻璃的化学稳定性 玻璃抵抗水、酸碱溶液、湿空气和其他侵蚀破坏介质的能力，称为玻璃的化学稳定性。 化学稳定性，是玻璃的主要性质之一。除氢氟酸外，玻璃的抗水和抗酸能力比其抗碱能力要强得多。 4.2.3 包装用玻璃制品 1.包装玻璃的特点和种类 包装玻璃是食品、医药、化学工业的主要包装容器。玻璃包装容器的主要优点是： ●化学稳定性好，具有无毒、无味、耐热、耐磨等特性； ●易于密封，气密性好，贮存性能好； ●透明； ●表面光洁，便于消毒灭菌，造型美观； ●有一定的机械强度； ●原料分布广，价格低廉，资源利用率高。 其缺点是质量大（质量与容量比大），脆性大，易碎。 玻璃包装品种繁多。 就制造工艺来说，玻璃包装一般分为模制瓶和管制瓶两大类。模制瓶又分为大口瓶和小口瓶两类。前者用于盛装粉状、块状和膏状物品，后者用于盛装液体。 按瓶口形式分为软木塞瓶口、螺纹瓶口、冠盖瓶口、滚压瓶口、磨砂瓶口等。 按使用情况分为使用一次即废弃的“一次瓶”和多次周转使用的“回收瓶”。 按盛装物分类，可分为酒瓶、饮料瓶、油瓶、罐头瓶、酸瓶、药瓶、试剂瓶、输液瓶、化妆品瓶等。 2.包装玻璃的化学成分 绝大多数的包装玻璃属于钠—钙—硅玻璃系统，它们的主要组成氧化物为Na2O、CaO、SiO2、SiO2为玻璃形成体氧化物，构成玻璃的网络骨架；Na2O与CaO为网络负体氧化物。Na2O促进硅砂的熔化，主要起助熔剂的作用；CaO增进玻璃的化学稳定性，降低硅酸钠的结晶倾向，起稳定剂的作用。 3.包装玻璃原料的选择 一般在选择使用包装玻璃原料时，应当考虑以下因素： ●基本原料规格符合要求，且质量稳定。 ●便于加工处理。 ●价格低，供应保证程度高。 ●减少污染环境和对人体有害原料的使用。 4.玻璃包装的成形缺陷 ●裂纹。 ●厚薄不匀。●变形。 ●不饱满。 ●冷斑。 ●突出物。●皱纹。 ●表面缺点。 ●气泡。 ●剪刀印。 5.玻璃包装的检验与质量控制 玻璃本身的检验和质量控制包括：玻璃成分的分析，测定玻璃的密度、粘度、软化温度、热膨胀系数、化学稳定性、结石、条纹、气泡以及颜色等。这些工作主要由化验室进行。 对于制成的包装瓶罐，应当测定其质量、容量、尺寸公差、残余应力、耐热急变、耐内压力、耐稀酸侵蚀、冲击强度以及各种缺陷。这些工作一部分由化验室进行，一部分在生产过程中进行检验。 对于啤酒瓶、汽水瓶、农药瓶的检验和质量控制，要按国家有关标准强制执行。 4.3 物流包装中的复合材料 4.3.1 复合材料的构成与分类 复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料。一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。 复合材料按性能高低分为常用复合材料和先进复合材料。 复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料。目前结构复合材料在应用领域占绝大多数，而功能材料尚处于研发初期，但发展前景广阔。本书中只介绍结构复合材料中的主要品种。 结构复合材料基本上由增强体与基体组成。增强体承担结构使用中的各种载荷，基体则起到粘接增强体，予以赋形并传递应力和增韧的作用。复合材料所用基体主要是有机聚合物，也有少量金属、陶瓷、水泥及碳（石墨）等。结构复合材料通常按不同的基体来分类，见教材（表4—9）。 下面介绍结构复合材料中的主要构成与品种。 1.高性能增强体 增强体是高性能结构复合材料的关键组分，典型的高性能纤维增强体包括： （1）碳纤维。 碳纤维是先进复合材料最常用的增强体。 （2）高强有机纤维。 （3）无机纤维。 2.聚合物基复合材料 聚合物基复合材料是目前复合材料的主要品种，其产量大大超过其他基体的复合材料。习惯上常把橡胶基复合材料划入橡胶材料中，所以聚合物基体一般仅指热固性聚合物（树脂）与热塑性聚合物。现分述如下： （1）热固性聚合物基复合材料。 热固性复合材料是当今商业化的主要品种。主要包括： ●环氧树脂。环氧树脂是目前聚合物基复合材料中最普遍使用的树脂基体。环氧树脂的种类很多，适合作为复合材料基体的有双酚 A环氧树脂、多官能团环氧树脂和酚醛环氧树脂三种。 ●热固性聚酰亚胺树脂。有热塑性和热固性两种，均可作为复合材料基体。 （2）热塑性聚合物基复合材料 特点是：首先是聚合物本身的断裂韧性好，提高了复合材料的抗冲击性能；其次是吸湿性低，可改善复合材料的耐环境能力；最突出的是可以重复再加工，而且工艺过程短，成型效率高。 热塑性聚合物基复合材料的主要品种如下。 ●聚丙烯基复合材料。 　 ●聚酰胺基复合材料。 ●聚醚醚酮基复合材料。 3.金属基复合材料 金属基复合材料一般按增强体形式来分类，如颗粒增强、短纤维与晶须增强以及连续纤维增强等。其典型品种如下。 （1）颗粒增强铝基复合材料 颗粒增强铝基复合材料是金属基复合材料中最成熟的一个品种，其成型方法有两种。 ●粉末冶金法，即将颗粒与铝合金粉混合，按常规粉末冶金法加工。成本较高。 ●各种液相复合法，该方法可以规模生产，成本相对较低，但工艺过程控制较难，且制品质量稳定性也比粉末冶金法差。 （2）晶须增强铝基复合材料 （3）纤维增强钛合金及金属间化合物基复合材料 4.无机非金属基复合材料 无机非金属基复合材料包括陶瓷基复合材料、碳基复合材料和水泥基复合材料。 （1）陶瓷基复合材料 陶瓷基复合材料的基体包括陶瓷、玻璃和玻璃陶瓷等。 （2）碳基复合材料 碳基复合材料是以碳为基体，碳或其他物质为增强体组合成的复合材料。 4.3.2复合材料在包装中的应用 现代物流对包装的要求可以概括为：牢固、环保、 经济、实用、便捷。从实用的角度划分当今使用的复合包装材料主要有以下几类： 1.防腐复合包装材料 2.耐油复合包装材料 3.替代纸的包装材料 4.特殊复合包装材料 5.防蛀复合包装材料 6.防滑复合包装材料 常用复合包装材料的构成、特性和用途可见表4—10。 4.3.3 复合材料的发展与创新 确定复合材料发展的新领域，首先取决于该领域的科技发展水平，其次是社会经济发展的需求，最后是能否充分体现复合材料的特色和优势。根据这些原则，可展望复合材料发展重点领域。 1.发展功能、多功能、机敏、智能复合材料 复合材料设计自由度大的特点，使其更适合于发展功能复合材料，特别在由功能一多功能一机敏一智能复合材料，即从低级形式到高级形式的过程中体现出来。这些发展主要表现在： ●功能复合材料。 ●多功能复合材料。 ●机敏复合材料。 ●智能复合材料。 2.纳米复合材料 3.仿生复合材料 $$