Recuit du verre

La force d'interaction exercée sur une section transversale unitaire à l'intérieur d'une substance est appelée contrainte interne. La contrainte interne du verre peut être divisée en trois catégories selon les différentes causes de sa génération.
(1) Contrainte thermique dans le verre La contrainte générée dans le verre par la différence de température est appelée contrainte thermique. Selon ses caractéristiques d'existence, elle est divisée en contrainte temporaire et contrainte permanente.
1 Contrainte temporaire La contrainte thermique générée lorsque le verre, dans la plage de température de déformation élastique avec une température inférieure au point de déformation, subit des changements de température irréguliers pendant le chauffage ou le refroidissement est appelée contrainte temporaire. Cette contrainte existe avec l'existence d'un gradient de température et disparaît avec la disparition du gradient de température.
2 Contrainte permanente La contrainte thermique qui reste dans le verre après la disparition du gradient de température entre les couches intérieure et extérieure du verre est appelée contrainte permanente. La génération de contrainte permanente dans le verre est le résultat de la relaxation de contrainte dans la plage de température de déformation. Afin de réduire la génération de contrainte permanente, la température de recuit et la vitesse de refroidissement appropriées doivent être sélectionnées en fonction de la composition chimique du verre et de l'épaisseur du produit afin que la valeur de contrainte résiduelle soit dans la plage autorisée.
(2) Contrainte structurelle dans le verre La contrainte générée dans le verre en raison d'une irrégularité structurelle causée par une composition chimique inégale est appelée contrainte structurelle. La contrainte structurelle est une contrainte permanente. Par exemple, pendant le processus de fusion du verre, en raison d'une mauvaise homogénéisation de la fusion, des défauts tels que des stries et des pierres sont générés. La composition chimique de ces défauts est différente de celle du verre principal, et leurs coefficients de dilatation sont également différents. Une fois que la température atteint la température ambiante, les parties adjacentes avec des coefficients de dilatation différents se rétrécissent différemment, provoquant des contraintes dans le verre. Cette contrainte causée par la structure inhérente du verre ne peut pas être éliminée par recuit.
(3) Contrainte mécanique du verre La contrainte mécanique désigne la contrainte causée par une force externe agissant sur le verre. Il s'agit d'une contrainte temporaire. Elle disparaît lorsque la force externe disparaît.

Le recuit du verre est un processus de traitement thermique visant à réduire ou à éliminer les contraintes permanentes générées dans le verre pendant le processus de moulage ou de traitement thermique et à améliorer les performances du verre.
Selon la cause de la formation de contraintes dans le verre, le recuit du verre se compose essentiellement de deux processus : réduire et éliminer les contraintes ; empêcher la génération de nouvelles contraintes. Le verre n'a pas de point de fusion fixe. Il se refroidit à haute température et se transforme d'un liquide en matériau solide cassant. Cette plage de températures est appelée plage de températures de transition. La température limite supérieure est la température de ramollissement et la température limite inférieure est la température de transition. Dans la plage de températures de transition, les particules du verre peuvent encore bouger, c'est-à-dire qu'à une certaine température proche de la température de transition, la conservation et l'égalisation de la chaleur peuvent éliminer la contrainte thermique dans le verre. Étant donné que le verre est un corps viscoélastique à ce moment-là, bien que la contrainte puisse être relâchée, cela ne changera pas l'apparence du produit.

(1) Température de recuit et plage de températures de recuit du verre Afin d'éliminer la contrainte permanente dans le verre, le verre doit être chauffé à une certaine température inférieure à la température de transition vitreuse Tg pour la conservation et l'égalisation de la chaleur afin d'éliminer le gradient de température de chaque partie du verre et de relâcher la contrainte. Cette température de conservation et d'égalisation de la chaleur est appelée température de recuit. La température de recuit la plus élevée du verre fait référence à la température à laquelle 95 % de la contrainte peut être éliminée après 3 minutes, ce qui équivaut au point de recuit (n-1012Pa·s), également appelé température de recuit supérieure ; la température de recuit la plus basse fait référence à la température à laquelle seulement 5 % de la contrainte peut être éliminée après 3 minutes. Elle est également appelée température de recuit inférieure. La plage de températures allant de la température de recuit la plus élevée à la température de recuit la plus basse est appelée plage de températures de recuit. La plage de températures de recuit est généralement de 50 à 150 degrés. La température de recuit la plus élevée du verre de bouteille est de 550 à 600 degrés. Dans la production réelle, la température de recuit généralement utilisée est de 20 à 30 degrés inférieure à la température de recuit la plus élevée. La température de recuit la plus basse est de 50 à 150 degrés inférieure à la température de recuit la plus élevée. La température de recuit du verre est liée à sa composition chimique. Toute composition pouvant réduire la viscosité du verre peut également réduire la température de recuit.

(2) Procédé de recuit du verre Le procédé de recuit des produits en verre comprend quatre étapes : chauffage, conservation de la chaleur, refroidissement lent et refroidissement rapide. Selon les vitesses de chauffage et de refroidissement, la température de conservation de la chaleur et la durée de chaque étape, une courbe de la relation entre la température et le temps peut être tracée. La figure 2-35 est la courbe de recuit.
La première étape est l'étape de chauffage. La tâche principale est de chauffer le produit à la température de recuit. Lorsque le produit en verre est formé et envoyé au four de recuit, en raison de la baisse de température du produit lui-même pendant l'opération de formage et le processus de transport, la température du produit est généralement inférieure à la température de recuit du verre à son entrée dans le four de recuit, en particulier pour certains produits à parois minces. Par conséquent, lorsque le produit entre dans le four de recuit, le produit doit être chauffé à la température de recuit déterminée à l'avance.

Lorsque le verre est chauffé, sa couche superficielle est soumise à une contrainte de compression et sa couche interne à une contrainte de traction. Étant donné que la résistance à la compression du verre est environ 10 fois supérieure à sa résistance à la traction, la vitesse de chauffage peut être plus rapide en conséquence. Cependant, la somme de la contrainte temporaire générée par le gradient de température et de la contrainte permanente inhérente au processus de chauffage ne peut pas être supérieure à sa limite de résistance à la traction, sinon il se brisera. Dans la production réelle, des facteurs tels que l'uniformité de l'épaisseur des produits en verre, la taille et la forme des produits et l'uniformité de la distribution de température dans le four de recuit affecteront le chauffage et la vitesse de chauffage.
Le recuit immédiatement après la formation du produit est appelé recuit primaire, et le recuit après le refroidissement du produit est appelé recuit secondaire. La production de produits en verre pour bouteilles et canettes adopte toujours la méthode de recuit primaire consistant à entrer dans le four de recuit immédiatement après le formage. Pour certains produits aux formes complexes, à l'épaisseur de paroi inégale ou à l'épaisseur du fond de bouteille supérieure à 8 mm, il est strictement interdit d'utiliser un four de recuit unique pour le recuit secondaire. Si un recuit supplémentaire est nécessaire, un four de recuit secondaire doit être sélectionné pour le recuit, sinon les produits en verre éclateront. Par exemple, les produits de décalcomanie de surface appartiennent au recuit secondaire et le four de cuisson est utilisé pour recuire le produit pour le recuit secondaire. Pour certains produits qui doivent être traités par séchage, si la contrainte est trop importante après séchage, un recuit secondaire est également nécessaire pour éliminer la contrainte.
La deuxième étape est l'étape d'isolation, dont le but principal est d'éliminer le gradient de température généré par le chauffage rapide et d'éliminer la contrainte interne inhérente au produit. Faire disparaître la différence de température entre la température de surface et la couche interne du produit. À ce stade, la température de recuit doit d'abord être déterminée, suivie du temps d'isolation. En général, la température de recuit est de 20 à 30 degrés inférieure à la limite supérieure de la température de recuit. En plus de la mesure directe, la température à laquelle la viscosité est de 1012 Pa·s peut également être calculée en fonction de la composition du verre. Lorsque la température de recuit est déterminée, le temps d'isolation peut être calculé selon 70a2~120a2, ou selon la valeur de contrainte admissible.
En règle générale, pour les produits à parois épaisses, le temps de maintien à la température doit être plus long afin que la contrainte dans le produit puisse être complètement relâchée, sinon une contrainte interne importante subsistera dans le produit. Pour les produits à parois minces, le temps d'isolation peut être raccourci de manière appropriée.
La troisième étape est l'étape de refroidissement lent du produit dans le four de recuit. Après une certaine période de conservation de la chaleur à la température de recuit, la contrainte d'origine du produit a été éliminée. Afin d'éviter la génération de contraintes permanentes après refroidissement, ou de les réduire à la plage de contraintes requise par le produit, un refroidissement lent après égalisation est nécessaire pour éviter la formation de contraintes permanentes.
La quatrième étape est l'étape de refroidissement rapide du verre. La température de départ du refroidissement rapide doit être inférieure au point de déformation du verre, car la structure du verre est complètement fixée en dessous du point de déformation. Bien que le gradient de température soit généré à ce moment, aucune contrainte permanente ne sera générée. Dans l'étape de refroidissement rapide, seule une contrainte temporaire peut être générée. Sous réserve de garantir que les produits en verre ne se cassent pas en raison d'une contrainte temporaire, ils peuvent être refroidis le plus rapidement possible.
Dans la production réelle, un taux de refroidissement inférieur est utilisé. Pour le verre ordinaire, 15 à 20 % de cette valeur sont pris en compte, et pour le verre optique, moins de 5 %.
Le temps total de recuit des produits en verre est la somme du temps de chauffage, de conservation de la chaleur, de refroidissement lent et de refroidissement rapide. La vitesse de recuit de chaque étape doit être limitée à la valeur de contrainte admissible que le produit peut supporter. Tout d'abord, déterminez la courbe de recuit la plus appropriée par calcul, et ajustez-la généralement dans la pratique de production. Pour le verre de bouteille ! Le système de recuit est indiqué dans le tableau 2-34.

(3) Problèmes à prendre en compte lors de la formulation du système de recuit La température de recuit du verre de bouteille doit être définie en fonction de la taille du produit, du poids, de la composition du verre, de la température du four du produit et des caractéristiques structurelles de chaque four de recuit. Dans le même temps, les points suivants doivent également être pris en compte.
① Influence de la différence de température dans le four de recuit Malgré de nombreuses mesures techniques, la répartition de la température dans la section transversale du four de recuit est toujours inégale, ce qui rend la température du produit inégale. Par conséquent, lors de la formulation du système de recuit, le temps d'isolation doit être prolongé de manière appropriée et la vitesse de refroidissement lente doit être inférieure à la vitesse de refroidissement correspondant à la valeur réelle de contrainte permanente admissible, généralement la moitié de la valeur de contrainte admissible est prise en compte pour le calcul. La détermination de la vitesse de chauffage et de la vitesse de refroidissement rapide doit également tenir compte de l'influence de la différence de température du four de recuit.
Lorsque le produit n'a pas besoin d'être pulvérisé à froid, l'espacement des bouteilles dans la chaîne du four de recuit doit être aussi proche que possible sans affecter le cycle thermique et le cycle thermique du vent dans le four. En général, 15 à 20 mm sont appropriés. De plus, la hauteur et la forme de la bouteille doivent également être prises en compte. Si la bouteille est plus haute, la limite supérieure de la distance peut être prise, et si la bouteille est plus courte, la limite inférieure peut être prise. Lorsque le produit a besoin d'être pulvérisé à froid, la distance de la bouteille doit être basée sur la pulvérisation à froid pouvant pulvériser uniformément sur le corps de la bouteille.
③ Problèmes de recuit des produits à parois épaisses et de formes complexes La différence de température entre les couches intérieure et extérieure des produits à parois épaisses est importante. Par conséquent, dans la plage de températures de recuit, le temps d'isolation des produits à parois épaisses doit être prolongé en conséquence afin que la température des couches intérieure et extérieure des produits puisse être cohérente, mais la vitesse de refroidissement doit également être ralentie en conséquence et le temps de recuit total doit être prolongé. Il convient de noter que l'allongement du temps d'isolation des produits à parois épaisses n'est pas proportionnel à l'épaisseur des produits. En effet, la charge est plus importante après l'augmentation de l'épaisseur. Si les produits sont maintenus à une température plus élevée pendant une longue période, ils sont faciles à déformer. Les produits aux formes complexes sont sujets à la concentration de contraintes. Par conséquent, ils doivent utiliser une température d'isolation relativement basse comme les produits à parois épaisses, et le temps d'isolation doit être prolongé de manière appropriée. Les vitesses de chauffage et de refroidissement doivent être lentes.
④ Problèmes de recuit de différents types de produits dans le même four Lorsque des produits de même composition chimique et d'épaisseurs différentes sont recuits dans le même four de recuit, la température de recuit doit être déterminée en fonction du produit ayant la plus petite épaisseur de paroi pour éviter la déformation des produits minces. Cependant, le temps d'isolation doit être prolongé de manière appropriée et les taux de chauffage et de refroidissement doivent être déterminés en fonction du produit ayant la plus grande épaisseur de paroi pour garantir que les produits à parois épaisses ne se briseront pas en raison de contraintes thermiques.
Lorsque des produits de compositions chimiques différentes sont recuits dans le même four de recuit, le produit en verre ayant la température de recuit la plus basse doit être sélectionné comme température d'isolation. Dans le même temps, le temps d'isolation doit être prolongé afin que les produits ayant des températures de recuit différentes puissent obtenir un bon recuit.
⑤ Influence de la contrainte inhérente des produits Lors d'un chauffage rapide, en plus de calculer la contrainte temporaire en fonction de la différence de température, l'influence de la contrainte inhérente doit également être estimée.