拉薄是超薄柔性浮法玻璃生產(chǎn)的一道重要工序。縱向牽引力、拉制溫度（黏度）及溫度制度是影響薄玻璃生產(chǎn)的重要因素。縱向牽引力太小，拉出的玻璃達(dá)不到超薄柔性玻璃的厚度要求；縱向牽引力過(guò)大，有拉斷玻璃板的危險(xiǎn)。拉制溫度愈高，玻璃黏度愈小，拉成既定厚度玻璃所需縱向牽引力愈小，而薄玻璃在表面張力作用下的回縮增厚能力則增強(qiáng)；拉制溫度過(guò)低，玻璃黏度增加，拉制阻力增加，拉制困難，拉出既定厚度玻璃所需縱向牽引力要求愈大。不同組成玻璃，其黏度-溫度曲線不同，拉制溫度要求自然不同。玻璃縱向溫度制度影響窯爐作業(yè)及生產(chǎn)產(chǎn)品的最終厚度。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，借助所提出的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)調(diào)整參數(shù)，將其應(yīng)用于堿鋁硅超薄玻璃的拉薄分析；用數(shù)值方法研究拉制過(guò)程中工藝、過(guò)程參數(shù)對(duì)超薄玻璃拉薄行為的影響，以期進(jìn)一步提升對(duì)超薄玻璃制備技術(shù)的認(rèn)識(shí)。

 

（1）基本數(shù)據(jù)。應(yīng)用模型，在計(jì)算機(jī)上對(duì)堿鋁硅超薄玻璃進(jìn)行了模擬計(jì)算。計(jì)算中用到的玻璃液的性質(zhì)見(jiàn)表1。

 

表1 堿鋁硅玻璃性質(zhì)及特征黏度點(diǎn)對(duì)應(yīng)的溫度

 

（2）堿鋁硅玻璃的平衡厚度與回縮增厚速度。將錫液密度和表面張力及表1中堿鋁硅玻璃的相關(guān)數(shù)據(jù)代入式（1），可算得高堿鋁、低堿鋁和鈉鈣硅玻璃在錫液上的平衡厚度，分別為7.25 mm、6.78 mm和6.01 mm。該數(shù)據(jù)比普通鈉鈣硅酸鹽玻璃的平衡厚度（6.01 mm）略大。表明高堿鋁和低堿鋁硅玻璃比普通浮法玻璃拉薄要求更高。玻璃厚度及黏度對(duì)低堿鋁和高堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響見(jiàn)圖1、圖2。

 

圖1 玻璃厚度和黏度對(duì)低堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響

 

圖2 玻璃厚度和黏度對(duì)高堿鋁硅玻璃的回縮增厚速度的影響

 

從圖1和圖2也可看出，隨黏度增大，無(wú)論厚玻璃還是薄玻璃，玻璃帶回縮增厚速度迅速減小，黏度至約105Pa·s時(shí)，回縮增厚速度不再明顯變化；黏度至108Pa·s時(shí)，回縮增厚速度重疊在一起。利用玻璃黏度-溫度表達(dá)式，帶入表1相應(yīng)數(shù)據(jù)，可算得相應(yīng)的溫度。普通鈉鈣玻璃、低堿鋁和高堿鋁硅玻璃的相應(yīng)溫度分別為：812℃，844℃，952℃。

 

（3）縱向牽引力與玻璃最終厚度的關(guān)系。為避免重復(fù)，以下研究以低堿鋁硅玻璃為例進(jìn)行計(jì)算與分析。計(jì)算時(shí)輸入的相關(guān)數(shù)據(jù)：玻璃產(chǎn)量為10 t/d，拉制溫度為845℃，末端玻璃溫度為645℃，縱向溫度梯度為6.67℃/m。計(jì)算時(shí)，輸入一個(gè)縱向牽引力，利用公式（3）～（5），從拉制區(qū)算至錫槽末端，得到末端玻璃帶厚度。低堿鋁硅玻璃的末端玻璃厚度與縱向牽引力的關(guān)系如圖3所示。

 

圖3 低堿鋁硅玻璃的縱向牽引力與末端玻璃厚度的關(guān)系

 

從圖3可見(jiàn)，隨縱向牽引力增加，末端玻璃厚度逐漸減小，在表2所述條件下，至212 N時(shí)，末端玻璃厚度已拉薄至0.1 mm，達(dá)到超薄玻璃的要求。

 

（4）拉制溫度對(duì)所需縱向牽引力的影響。為研究拉制溫度對(duì)拉制超薄玻璃所需縱向牽引力的影響。本文在保持上文所述基本條件不變的情況下，改變溫度進(jìn)行了計(jì)算。圖4是拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需的縱向牽引力。

 

圖4 拉制溫度對(duì)所需縱向牽引力的影響

 

從圖4可見(jiàn)，將拉制溫度提高到1000℃，拉得所需厚度的超薄玻璃的縱向牽引力迅速降低；降低拉制溫度（900℃），所需縱向牽引力迅速上升。因此，拉制超薄玻璃的溫度不宜過(guò)低。

 

（5）玻璃帶縱向溫降對(duì)縱向牽引力的影響。圖5給出了玻璃帶縱向溫降對(duì)拉得0.1 mm厚超薄玻璃所需縱向牽引力的影響。

 

圖5 玻璃帶縱向溫降對(duì)所需縱向牽引力的影響

 

從圖5可見(jiàn)，在保持日產(chǎn)量和拉制溫度不變的情況（產(chǎn)量為10 t/d,拉制溫度為845℃）下，隨玻璃帶溫降梯度增加（即玻璃帶末端溫度降低），拉得相同厚度的超薄玻璃所需縱向牽引力近似直線上升（溫度梯度為1.667℃/m時(shí)，牽引力約為79 N；3.333℃/m，139 N；6.667℃/m，291 N）。因此，在既定的拉制條件下，玻璃帶溫降不宜過(guò)大，能保持正常的作業(yè)即可。

 

利用前期所提出數(shù)學(xué)模型和數(shù)值計(jì)算方法，通過(guò)改變參數(shù)，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)一步研究了玻璃組分和拉制條件對(duì)超薄玻璃拉薄行為的影響。

 

（1）薄玻璃的回縮增厚速度隨玻璃厚度變薄迅速增大，隨玻璃黏度增大急劇減小。在黏度約為105Pa·s時(shí)，薄玻璃的回縮增厚速度不再明顯變化。因此，可在此黏度對(duì)應(yīng)的玻璃溫度下，進(jìn)行薄玻璃的拉薄分析。

 

（2）縱向牽引力越大，所拉得的玻璃的最終厚度越小。因此，可通過(guò)改變縱向牽引力調(diào)整玻璃的厚度，但所得到的玻璃的厚度與縱向牽引力不是線性關(guān)系。

 

（3）拉制溫度高低影響拉得超薄玻璃所需縱向牽引力的大小。拉制溫度過(guò)低，所需縱向牽引力太大；拉制溫度過(guò)高，所需縱向牽引力雖然可以減小，但拉得的薄玻璃會(huì)在表面張力作用下迅速回縮增厚，需設(shè)置拉邊機(jī)。有多對(duì)拉邊機(jī)時(shí)的合理成形溫度的定量分析有待進(jìn)一步研究。

 

來(lái)源：玻璃雜志

作者：程弋芮、林祎愷等
作者單位：華東理工大學(xué)無(wú)機(jī)材料系

2022年第3期